结构检测中心  Tel:18621044948

结构检测中心

网站首页 > 资讯热点 > 新闻资讯

五问桥梁专家:揭秘桥梁设计与“风”的那些事

2018-05-21 10:05:54 结构检测中心 阅读
  廖海黎,西南交通大学土木工程学院副院长、教授、博士生导师;西南交通大学桥梁学科风工程方向学术带头人、风工程试验研究中心主任,主要研究方向为桥梁风工程、结构风工程、振动控制等;中国空气动力学会风工程及工业空气动力学专业委员会委员,中国空气动力学会测控专业委员会委员,中国土木工程学会桥梁工程学会风工程委员会资深委员。
桥梁检测也要考虑风的因素
  问题1:风对桥梁工程有哪些方面的影响吗?
 
  从技术上看,风对桥梁的稳定性是有影响的,包括动力及静力的问题。任何结构设计都有荷载的考虑,就如同车辆有车辆的荷载一样,风也是桥梁的一种主要的荷载,它主要作用在桥梁的主梁上,当然有些大跨度桥,包括桥塔、缆索结构也都是承载风荷载的构件。风对桥梁的影响主要还是在大跨度桥梁上,比如悬索桥、斜拉桥等桥型,现在有一些拱桥、梁桥跨度也做得很大,也可以归类到大跨度桥的范畴。
 
  桥梁的跨度一大,结构受风荷载的作用就比较突出。风的作用会引起振动,就是风致振动。风的作用还会使结构丧失稳定性,因此设计上要使结构能够抵抗风荷载的作用。对于大跨度桥而言,风的动力作用更加突出,在设计大跨度桥梁时,抗风设计是很重要的一个环节。
 
  抗风设计的风荷载,由于空气的流动和结构之间的相互作用,比起其他荷载更为复杂,不确定性更多。做抗风设计的时候,要根据风洞模型试验,考察桥梁的特性,取得一些必要参数,为设计工程师提供依据,因而风洞试验是很重要的方面。
 
  随着桥梁跨度的增大,对风的作用越来越敏感。比如特大型桥梁——坝陵河大桥地处峡谷,两岸地势陡峭,地形变化急剧,河谷深达400~600m,很有必要进行风洞试验研究,以确保在施工和建成运营阶段的抗风稳定性、安全性和适用性。
 
  问题2:目前我国桥梁风工程的研究处于什么水平,未来的桥梁风工程研究方向是怎样的?
 
  这些年,我们国家大跨度桥发展很快,从桥梁的设计、施工到管理已经达到国际先进水平。我国桥梁抗风研究与桥梁技术的发展是同步的,目前可以说,在桥梁抗风研究方面,我们也是处于国际先进水平的。目前我们的工程实践机会多,抗风研究相应有较大需求,同时国家也很重视,因而相关的人才队伍也逐渐锻炼培养出来了。近些年与桥梁风工程有关的国际会议上,中国代表特别多,扮演着主角。
 
  从桥梁工程建设的需求来说,超大跨度桥梁、跨海桥梁,依然面临抗风方面的难题。同时,交通建设向山区发展,山区桥梁抗风也有很多需要解决的问题。可以说,未来桥梁抗风研究主要还是集中在超大跨度桥梁、跨海桥梁、山区桥梁上。
 
  问题3:结构风工程与桥梁风工程有什么区别?
 
  结构风工程是风工程的主要组成部分。桥梁、高层建筑、高压电塔等都是结构风工程研究的对象。桥梁是结构的一个类型,从结构风工程里分出桥梁风工程这个分支,是因为桥梁抗风面临一些特殊问题,譬如颤振、静力发散、桥上行车安全等。
 
  忽视抗风设计及研究带来的教训还是比较多的,甚至有大桥直接受风作用而垮塌的例子。1940年11月7日,刚刚通车四个月的美国塔科马海峡大桥,由于风引起桥梁的振动,发生动力失稳,最终坍塌。在国内,因为风引起的桥梁垮塌事故还未见报道。但是风引起的事故不仅是垮塌,比如风振也会影响桥梁的使用。风引起的振动,可能是主梁的振动,也可能是斜拉索振动,吊杆振动,这些振动不一定会导致桥梁垮塌,但是会严重影响桥梁运行的安全及人的感受。风引起桥梁振动的情况在国内还是发生了若干起,这些主要是由于重视程度不够,或是认识水平不够。不论是业主、设计工程师,或是科研单位,都应重视桥梁抗风问题。
 
  问题4:在桥梁设计施工管养的各个阶段如何考虑风的影响?
 
  避免因为风出事故,主要还是在设计阶段。
 
  桥梁设计工程师,应该具备一定的桥梁抗风知识,在设计时要充分考虑风对桥梁的影响。施工阶段,在桥梁架设过程中也比较容易发生抗风方面的问题。比如斜拉桥悬臂架设时,结构处于不太稳定的阶段,一定要重视风对结构的影响。一般情况,施工单位容易忽视风对桥梁施工的影响,这会给一些事故的发生留下隐患。施工时,各种状况变数多,桥梁构件气动外形稍微有改变,可能对桥梁的抗风性能产生很大影响。
 
  在桥梁施工现场,可以看到桥上多增加一点东西,比如临时的构件、机具,就会对抗风有明显影响。这时候施工单位要特别谨慎,不要与桥梁原来做设计和试验时的状态有很大偏离。管养这块,有一些桥有减震措施,比如在桥上装阻尼器。养护单位要加强对这些装置的维护。
 
  问题5:桥型不同,桥对风的感受也不一样?
 
  如果要从抗风稳定性,颤振来说,风对悬索桥的影响肯定要严峻一些,斜拉桥要好一些。其他方面就不一定,比如风也有可能使连续梁桥产生其他形式的风振。前些年有钢箱连续梁桥因为风的影响而发生了涡激振动。风对桥梁的影响,跟桥梁(主梁)外形关联较大,比如悬索桥和斜拉桥采用得比较多的流线型钢箱梁,发生风致振动的危害就小一些。而如果外形钝一些,在气流的作用下就容易产生涡激振动。
 
  桥梁在设计过程中就得考虑诸多因素,因此在做相应桥梁检测的时候也得根据桥梁所在地的特殊环境考虑检测过程中的措施。
Powered by MetInfo 5.3.17 ©2008-2019 www.metinfo.cn