桥隧设计34.公路桥梁抗风jtgt

1.0.1为使公路桥梁，特别是大跨轻柔桥梁结构的抗风设计做到技术先进、经济合理和安全可靠，特编制。1.0.2主要针对斜拉桥和悬索桥制定，梁式桥、其它桥型结构的抗风设计可参照执行。不适用于跨度800m以上的斜拉桥和1500m以上的悬索桥。对跨度80m以上的斜拉桥和1500m公路桥梁的抗风设计和验算要求造成性的静力失稳和动力失稳的临界风速高于当设计不满足抗风要求计时，可采取气动措施、结构措施、机械措施等提高结构公路桥梁设计除满足的要求外，还必须遵守国家或交通部有关的规定。基本风速（BasicWind桥梁所在地区的开阔平坦地貌条件下，地面以上10m高度处，100年重现期的10min设计基准风速（StandardDesignWind 颤振检验风速（FlutterCheckingWindSpeed） 驰振检验风速（GalloCheckingWindSpeed） 风攻角（WindAttackAngle）阵风系数（Gust 地表粗糙度（Terrain空气静力系数（StaticAerodynamic静力扭转发散（Torsioal静力横向屈曲 l颤振振动的桥梁通流的反馈作用不断吸取能量，当达到临界风速时使振幅逐步增大直至涡激（Voxtex-excited率接近结构的自振频率时，所激发出的结构现象。抖振静力三分力试验（StaticAerodynamic节段模型试验（SectionalModel全桥气动弹性模型试验（FullAeroelasticModel将全桥按一定几何缩尺并满足各种必要的空气动力学相似条件制成的弹性三模风振控制（Vibration当发散性风致振动的临界风速低于其相应的检验风速或者风致限幅振动的振幅超过了可接受的限度时，可采用气动措施或机械措施来提高临界风速或减低振幅以确保桥梁的抗风安全。2.1.18调质阻尼器（TMD：TunedMass基本符号 Jx、 截面的主形心主惯性 PH、 桥梁体轴坐标系下的横向及竖向单位长度上的风荷 地面以上10m z 非0攻角下相对0 当桥梁所在地区缺乏风速观测资料时，可利用附录A中的基本风速分布图或基本风压分布图风速值或风压值。基本风压与基本风速的换算关系为：V10

(3.1.2-式中:q0基本风压（Pa）1年，由所获得的VZ(Z (3.2.1式中:VZ 地面（或水面）以上高度Z处的风速(m/s)；α 与地表类别有关的无量纲幂指数，按表3.2.2取值。地表分 表 α粗糙高度z0ABC区中高层建筑物稀少地区D起伏较大的丘陵地3.2.2确定桥位地表粗糙度的范围当所考虑范围内存在两种粗糙程度相差较大的地表类型时，按面积比计算平均值，然后由平均值所处两类地表类型中，按较小一侧取值。当桥梁较窄的海峡或峡谷，可能出现风的收缩现象或当地形较特殊时,可通过模拟Vd=(3.2.3-式中：K1为考虑桥梁基准高度Z、不同地面粗糙度类别和梯度风高度的风压高度变化修正K

Z0

(3.2.3-(3.2.3-1C0.78510

(3.2.3-

(3.2.3-ZVdVs1010 式中 桥址处地面（或水面）以上10m高度处经统计分析得到的风速(m/s)关性，用数据外延方法补充桥位处的风速数据，推算出Vs10，再由式(3.2.5)计算Vd。 表ABCD5Vsd= 式中：VsdVd3.3.1风速重现期系 表51当桥梁的施工期少于3103年且桥梁风荷载计算一般规定当风荷载参与汽车荷载组合时，桥面高度处的设计风速Vd可取为25m/s GV4.2.1 表ABCD除主梁外，作用在桥梁各构件(见4.3)单位长度上的风荷载可根据各构件不同基准高度(见 =qgCd 式中 等效静阵风荷载（N/m qρV2/2=0.613V （N/m2ρ空气密度，一般取ρ＝1.225kg/ CD桥梁各构件的阻力系数(见4.3、4.4An桥梁各构件顺风向单位长度上的投影面积（m2）构件基准高度的规 表Z主跨桥面距常水面或地表面(或海平面)的平均高度（河流以平均水位，即一年中有半年不低于该水位的水面为基准面，海面以平均海面或平 （结构最大标高-支点平均标高)0.8 塔（墩）65%P1V2CD

PHCHD主梁的高度(m)Pd—因抖振所产生的结构惯性动力风荷载;当桥梁跨径小于200m时,可忽略因风致振动所产生的结构惯性动力风荷载;对于跨径大于200m的桥梁时,若判定其对风的动力作用敏感,则应通过必要的风洞试验和抖振分析得到风致振动所产生的结构惯性动力风荷载.跨径小于20m的桥梁可以不考虑竖向和扭转力矩的作用。跨径大于20m的桥梁，特别是悬臂施工中的大跨桥梁的竖向力和扭转力矩宜根据风洞试验和详细的抖振响应分析得到。P PvPDTHTH风图4.3.1较钝的“工”型、“”型或箱形截面的主梁体轴下的横向力系数CH可按下式计 B

1B CH

DBD8式中：B当桥梁的主梁横截面带有斜腹板时（图4.3.3），第4.3.2条中的横向力系数CH 竖直方向为基准每倾斜1折减0.5%,但最多只可折减30%。图 带有倾斜腹板的桥梁主梁截CH1.35 (0.10.6 桁架迎风面的净面积Ac与其外轮廓面积A=A/Ac,见图4.3.4图4.3.40.250.50S

cfqg cf摩擦系数，按表4.3.7摩擦系数cf的取 表摩擦系数光滑表面（光滑混凝土，光滑的钢粗糙表面（混凝土表面非常粗糙表面（加肋桥墩或桥塔的阻力系数CD可参照表4.4.2选取，且不考虑任何遮挡效应。特别重要的桥梁当悬索桥主缆的中心间距为直径4倍以上时，每根缆索的风荷载宜独立考虑，阻力系数可取0.7。当悬索桥吊杆的中心距离是直径的4倍以上时，每根吊杆的阻力系数可取为0.7。悬臂施工的桥梁，除了对称加载外，还应考虑不对称加载工况，不对称系数可取0.5析,必要时应通过风洞试验测定其风荷载。段也可用5.2、5.3节的近似估算的桥梁的基频。对无辅助墩的斜拉桥fb1对有辅助墩的斜拉桥：

(5.2.1-(5.2.1-Lc主跨跨径（m） Lft1Lc

式中：C与桥塔和主梁形状以及主梁材料有关的系数，可按表5.2.2斜拉桥一阶扭频的经验系 表 钢8EJ(2)2ff

LEJ加劲梁竖弯刚度（Nm2Hg恒荷载作用下单根主缆的水平拉力m桥面和主缆的单位长度质量（kg/m）,mmd 桥面单位长度质量mc单根主缆单位长度质量（kg/m） f fb式中:f主缆矢高（m） b式中:

主缆弹性模量（Nm2Ac单根主缆截面积（2 HB2EJ

g

fa1

L

mdrc 式中：EJGJ分别为主梁截面的约束扭转和自由扭转刚度（Nm4Nm2）； r加劲梁的惯性半径Bc主缆的中心距（m） 0.05256EcAc(Bc/fs

mdrmc

s宜按如下取用一般规定VlbKlbft (6.2.2-BrHbKlb

(6.2.2-CDKK1

dCL

1 CD 14 K 1 (6.2.2-4 BcCD bB r

bm单位桥长质量b （kgm2mft

ddVtdKtdft (6.2.4-Ktd

C

MM 为当风攻角0时，扭转力矩系数CM的斜率，一般应通过风洞试验得MVtd 宽高比B

4可能发生驰振。钢梁和钢桥塔及长细比较大的构件有可能发生驰振。跨度小于200m的混凝土桥和高度100m以下的混凝土双塔柱桥塔，一般不需验算驰振稳定性。驰振临界风速VcgVcg 对于水平设置的等截面构件，当驰振力系数dCL

)

当驰振力系数dCL

)

4m1

LCD 式中：1结构一阶弯曲圆频率1D构件截面迎风宽度(m)。结构截面的驰振力系数dCLC D表6.3.3

典型截面的驰振力系 表VcrKf式中Vcr颤振检验风速

Vdf考虑风速脉动影响及水平相关特性的无量纲修正系数，根据不同的地表KK=1.2

表ABCD在风攻角33VcrVcr式中：Vcr桥梁颤振临界风速(m/s)

跨径200mBD4~8时,可按下式计算扭转颤振临界Vcr5ft BD46.4.3-1和下式计算结Vcr12ft 对于跨径大于200m的桥梁,可按下式计算颤振稳定性指数 ,并根据IfIfft ftB(m对于跨径大于200m的桥梁,当其颤振稳定性为If<2.5时，一般可不必进行风洞试Vcrs (6.4.5-

2.5rf

(6.4.5- b

bB2 —形状系数，按表6.4.5—攻角效应系数，按表6.4.5形状系数s和攻角效应系数 表形状系数攻角效应系数111-6.4.5当桥梁颤振稳定性指数当2.5I 当4.0If7.5时，宜通过节段模型试验进行主梁气动选型，并进行颤振稳定性分析当If7.5时，则宜通过详细全面的节段模型试验进行主梁气动选型 桥梁在风攻角33范围内的颤振稳定性。在模拟桥梁阻尼比的条件下，若无明显发散点，按其扭转位移根方差值0.5作为颤振发散临界风速值。当斜拉桥最大双悬臂和最大单悬臂施工状态的颤振稳定性指数If大于4.0时，应通过6.5.410~40%时存在一个稳定性最不利的低谷。应通过全当桥梁的一阶竖向基频和扭转基频低于1Hz或当桥梁的跨径大于200m且判定对风的作用行抖振分析，必要时应通过全桥气动弹性模型试验进定。跨径小于200m的混凝土桥梁可不考虑涡激振动的影响。跨径大于200m的各类桥梁，当结构频率大于5Hz对跨径小于200m的实腹式桥梁断面，竖向涡

Vcvh2.0fhVcvh—涡激振动竖向发生风速

(7.2.4-fhB(mVcv1.33ft (7.2.4-式中：Vcv—扭转涡激发生风速ft(Hz)跨径小于200m的实腹式桥梁竖向涡激振幅可按下式估算2mhcEh2m

(7.2.6-rmrm式中：hc—竖向涡激振幅

(7.2.6-m(kg/m)。对变截面桥梁，取1/4跨径处的平均值；对斜Eh0.065ds(B/ 面，取为2；对六边形断面(图7.2.6)1/4Dm1Eth115t(BD)2I2 1ut0，zIu

图7.2.6跨径小于200m的实腹式桥梁涡激扭转振幅可按下式估算EEh 2I I

(7.2.7-(7.2.7-式中：I(kg.m4/m)。对变截面桥梁，取1/4pθc—涡激扭转振幅E17.16ds(B/ (7.2.7-Et120t(B I2 (7.2.7-u涡激振幅的允许hc[ha]0.04/式中：[ha]—竖向涡激的允许振幅(m)c[a]2.28/

(7.2.8-(7.2.8-2b—当桥面上无人行道时，取为桥面横向中心线至腹板的顶缘；当桥面上有人行车道时，取为桥面横向中心线至非行车道中心线的距离,如图7.2.8所示。图 b的定气动措施是通过选择空气动力稳定性好的断面或较少修改梁、桥塔、吊杆、拉索的外梁防止涡激振动发生，同时，可下雨时沿拉索形成的水线，以防止雨振的发生。 基本风压分布图见图A.1 基本风速分布图见图A.２ 各气象台站年、年 附录 风洞试验要 断面上测量，空风洞应具备以场特性：在常用试验风速下，风速分布相对于平均风速的偏差不宜大于2%气流方向与风洞轴线方向的夹角满足：俯仰角||0.5||1.0在常用试验风速下，紊流强度宜小于2 0.01/m按第3.2.1条、第3.2.2条取值。流场的幂指数001nSuu2u*

200(150f

nSw(n)u2u*

6(14f

式中：Su(n)、Sw(n)—分别为脉动风的水平顺风向及竖直方向的功率谱密度函n—风的频率fV(Z

u*—气流摩阻速度（亦称剪切速度KV(Zu*

lnZ

其中：KZmV(Z)—高度Z处的平均风ZdHZ0/ —周围建筑物平均高度ABCD在所研究的桥梁自振频率范围内，功率谱密度函数曲线的幅值容许偏差为10%风的主流水平方向的紊流强度IuB.1.4-2Iu方向垂直的水平及铅直方向的紊流强度Iv、Iw可取Iv=0.88Iu，Iw=0.50Iu取值。紊流强度的变化范围为±30%紊流强度 表B1.4-高度ABCD10Z20Z30Z40Z50Z70Z100Z150Z风的主流水平方向（记为x）及与其垂直的水平方向（记为y）u的紊流积分尺度可按表B1.4-3取值。紊流尺度模拟只作为参考要求。 紊流尺度基准 表B1.4-高度xyZ10Z20Z30Z40Z50Z70Z100ZZ桥梁风洞试验的模型要 表类不小于不小于箱型梁桥宜不小于隔)0.2B2B2.1三分力试验的模型，应与实桥间满足几何外形相似，并在模型两端设置端板或补偿模型。设置端板时，应考虑作用在端板上及模型支撑装置上的气动力修正。设置补偿模型时，补偿模型与测力模型的间隔宜不大于1mm，且补偿模型应具有足够的长度，这时可只考虑作用在测力模型支撑装置上的气动力修正。B2.2三分力试验的攻角范围宜不小于10，攻角变化步长为1，攻角设置精度为0.1。 小于2。B3主梁节段模型试验 端板，试验装置