考虑抖振影响的大跨度桥梁静风稳定性分析

第23卷第8期 Vol.23 No.8 2006年 8 月 Aug. 2006 文章编号：1000-4750(2006)08-0096-06

工 程 力 学 ENGINEERING MECHANICS

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考虑抖振影响的大跨度桥梁静风稳定性分析

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张志田1，葛耀君2

(1. 湖南大学风工程试验研究中心，长沙 410082；2. 同济大学桥梁工程系，上海 200092)

摘 要：提出大跨度桥梁静风稳定性求解的动力有限元方法，在考虑桥梁结构几何非线性与脉动风抖振响应影响的基础上对西堠门大桥与东海大桥的静风稳定性进行了分析，计算结果表明，忽略脉动风抖振影响求出的静风失稳临界风速是偏于保守的。

关键词：桥梁；静风稳定；动力有限元；几何非线性；抖振；大跨度 中图分类号：TU311.3 文献标识码：A

AEROSTATIC INSTABILITY ANALYSIS OF LONG SPAN BRIDGES

INCLUDING BUFFETING EFFECT

*

ZHANG Zhi-tian1, GE Yao-jun2

(1. Wind Engineering Center of Hunan University, Changsha 410082, China; 2. Bridge Department of Tongji University, Shanghai 200092, China)

Abstract: Put forward a method which assesses the aerostatic instability of long span bridges by the approach of dynamic finite element analysis. The aerostatic instability of XIHOUMEN suspension bridge and east coast sea cable-stayed bridge which include the effects of geometric nonlinearity and buffeting are investigated. The analytical data shows that neglecting buffeting influence lead to conservative result.

Key words: bridge; aerostatic instability; dynamic finite element; geometric nonlinearity; buffeting; long span

大跨度悬索桥的静风失稳，通常是指悬索桥加劲梁在静力风荷载作用下发生的扭转发散现象。风荷载作用下，随着变形的增加，结构的整体刚度将不断改变；另一方面，随着结构变形的增加，静风荷载也呈现非线性的增长，即在风速不变的情况下，静风荷载也是结构变形的函数。对于加劲梁来说，静风荷载主要受扭转角的影响。当由结构变形引起的抗力增量小于外荷载增量时，就会发生结构失稳。

文献[1]提出二维节段桥梁结构静力失稳临界风速的简单计算公式：

U0=

2K (1) 2

′0ρBCM

[1]

ρ为空气密度，B为桥式中Kα为结构的扭转刚度，

′0为扭转角为0时升力矩系数对扭转角面宽度，CM

的导数。式(1)是基于小变形线性理论的结果，忽略了气动力矩随结构变形而变化和扭转角沿桥轴线不均匀分布的影响，同时也不考虑结构抗力的非线性因素以及初始攻角的影响。

文献[1]的方法实际上是一种理想化的第一类稳定问题，在桥梁静风稳定空间有限元分析中，为全面考虑结构与气动力非线性的影响，国内外一些学者相继对大跨度桥梁的静风稳定问题进行了研究，最早由Boonyapinyo在1994年采用有限位移理论对大跨度斜拉桥的侧向弯扭屈曲问题做了空间非线性有限元分析[2]。此后，方明山、程进等对大跨度桥梁的静风稳定性做了进一步的研究[3]，考虑

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收稿日期：收稿日期：2004-07-10；修改日期：2004-12-22 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50278069)

作者简介：*张志田(1974)，男，湖南人，讲师，博士，从事桥梁抗风与抗震研究；

葛耀君(1958)，男，上海人，教授，博士，同济大学土木工程防灾国家重点实验室副主任，从事桥梁抗风与防震减灾研究。