第四章 风荷载

1、工程荷载与可靠度设计原理第四章第四章 风荷载风荷载第四章 风荷载 本本 章章 内内 容容 提提 要要 第四章 风荷载第一节第一节 风的基本知识风的基本知识一、风的形成一、风的形成第四章 风荷载第一节第一节 风的基本知识风的基本知识 第四章 风荷载第一节第一节 风的基本知识风的基本知识 国际通用的风力等级是由英国人蒲福（国际通用的风力等级是由英国人蒲福（BeaufortBeaufort）于）于18051805年年拟定的，故又称拟定的，故又称(Beaufort scale )(Beaufort scale )。 由于早期人们还没有仪器来测定风速，因此就按照风所引起由于早期人们还没有仪器来测定风速，

2、因此就按照风所引起的现象来划分等级，最初是根据风对炊烟、沙尘、地物、渔船的现象来划分等级，最初是根据风对炊烟、沙尘、地物、渔船、渔浪等的影响大小、渔浪等的影响大小，。 。第四章 风荷载第一节第一节 风的基本知识风的基本知识 当风速和风力超过一定限度时，就会给人类社会带来巨大当风速和风力超过一定限度时，就会给人类社会带来巨大灾害。灾害。 20052005年年8 8月月2323日，卡特里娜飓风在在美国新奥尔良以西地区日，卡特里娜飓风在在美国新奥尔良以西地区登陆，登陆时风速达到登陆，登陆时风速达到225km/h225km/h（64.4m64.4ms s）。）。第四章 风荷载第一节第一节 风的基本知识

3、风的基本知识 第四章 风荷载第一节第一节 风的基本知识风的基本知识第四章 风荷载第一节第一节 风的基本知识风的基本知识第四章 风荷载第一节第一节 风的基本知识风的基本知识第四章 风荷载第一节第一节 风的基本知识风的基本知识第四章 风荷载第一节第一节 风的基本知识风的基本知识 台风台风“海燕海燕”造成的房屋破坏造成的房屋破坏第四章 风荷载第一节第一节 风的基本知识风的基本知识 第四章 风荷载第一节第一节 风的基本知识风的基本知识 美国华盛顿州美国华盛顿州TacomaTacoma大桥毁于风振，该桥为跨度大桥毁于风振，该桥为跨度853m853m悬悬索桥，索桥， 19401940年在建成后不到年在建成

4、后不到4 4个月，在风速个月，在风速19m/s19m/s的大风中，的大风中，由于振颤而风力失稳。由于振颤而风力失稳。第四章 风荷载第二节第二节 基本风速和基本风压基本风速和基本风压 第四章 风荷载第二节第二节 基本风速和基本风压基本风速和基本风压机械风速仪机械风速仪第四章 风荷载第二节第二节 基本风速和基本风压基本风速和基本风压机械风速仪机械风速仪第四章 风荷载第二节第二节 基本风速和基本风压基本风速和基本风压超声波风速仪超声波风速仪电子叶轮式风速仪电子叶轮式风速仪第四章 风荷载第二节第二节 基本风速和基本风压基本风速和基本风压第四章 风荷载第二节第二节 基本风速和基本风压基本风速和基本风压取

5、年最大风速为样本可获得各年的最大风速，取年最大风速为样本可获得各年的最大风速，每年的最大风速值是不同的，为一随机变量。每年的最大风速值是不同的，为一随机变量。 设重现期为设重现期为T0年，则年，则1/T0为超过设计最大风速的概率，因为为超过设计最大风速的概率，因为不超过该设计最大风速的概率或保证率不超过该设计最大风速的概率或保证率 p0 0 应为：应为：0011pT 我国荷载规范规定：我国荷载规范规定：对于特别对于特别重要和有特殊要求的高层建筑和高耸结构，重现期可取重要和有特殊要求的高层建筑和高耸结构，重现期可取100100年。年。桥梁工程结构桥梁工程结构重现期可取重现期可取100100年。年

6、。(4.1)(4.1)第四章 风荷载第二节第二节 基本风速和基本风压基本风速和基本风压22221vgvw二、基本风压式中式中 w单位面积上的风压力（单位面积上的风压力（kN/m2）；）； 空气密度空气密度（t/m3）；）； 空气单位体积重力（空气单位体积重力（kN/m3）；）；g 重力加重力加速度（速度（m/s2）；）；v 风速（风速（m/s）。）。求出空旷平坦的地面、离地面求出空旷平坦的地面、离地面10m高处、经统高处、经统计所得的计所得的50年一遇的年一遇的10min平均最大风速；再由风压和风平均最大风速；再由风压和风速的关系式，算出自由气流的风速产生的风压力：速的关系式，算出自由气流的风

7、速产生的风压力：第四章 风荷载第二节第二节 基本风速和基本风压基本风速和基本风压)kN/m(163080. 92012018. 022222vvvgw 在标准大气压情况下：在标准大气压情况下： = 0.012018kN/m3, g =9.80m/s2, 可可得：得：u荷载规范荷载规范给出了全国各城市给出了全国各城市50年一遇的风压值。年一遇的风压值。 在不同的地理位置，大气条件是不同的，在不同的地理位置，大气条件是不同的， 和和g值也不相值也不相同。重力加速度同。重力加速度g不仅随高度变化，而且与纬度有关；空气不仅随高度变化，而且与纬度有关；空气重度重度 是气压、气温和温度的函数。因此，各地的

8、是气压、气温和温度的函数。因此，各地的 /2g的值均的值均不相同，沿海地区的上海该值约为不相同，沿海地区的上海该值约为1/1740；内陆地区随高度；内陆地区随高度增加而减小，高原地区的拉萨该值约为增加而减小，高原地区的拉萨该值约为1/2600。第四章 风荷载第二节第二节 基本风速和基本风压基本风速和基本风压 基本风压是按照规定的标准条件得到的，在分析当地风速资料时，基本风压是按照规定的标准条件得到的，在分析当地风速资料时，往往会遇到实测风速的高度、时距、重现期不符合标准条件的情况，因往往会遇到实测风速的高度、时距、重现期不符合标准条件的情况，因而必须将非标准条件下实测风速资料换算为标准条件下的

9、风速资料，再而必须将非标准条件下实测风速资料换算为标准条件下的风速资料，再进行分析。进行分析。zVV实测风速高度（m）468101214161820高度换算系数1.1581.0851.0361.0000.9710.9480.9280.9100.895当实测风速高度不是当实测风速高度不是10m标准高度时标准高度时式中式中 V标准条件标准条件10m高度处时距为高度处时距为10分钟的平均风速（分钟的平均风速（m/s）；）；Vz非标准条件非标准条件z高度（高度（m）处时距为）处时距为10分钟的平均风速（分钟的平均风速（m/s）；）； 换换算系数，按下表取值。算系数，按下表取值。第四章 风荷载第二节第二

10、节 基本风速和基本风压基本风速和基本风压tVV 实测风速时距60min10min5min2min1 min0.5min20s10s5s瞬时时距换算系数0.9401.001.071.161.201.261.281.351.391.50（二）不同时距换算（二）不同时距换算当风速记录时距不等于当风速记录时距不等于10min时时式中式中 V时距时距10分钟的平均风速（分钟的平均风速（m/s）；）；Vt时距为时距为t的平均风速（的平均风速（m/s）；）； 换算系数，按下表取值。换算系数，按下表取值。第四章 风荷载第二节第二节 基本风速和基本风压基本风速和基本风压TWW 0重现期（年）1006050403

11、020105重现期换算系数1.101.031.000.970.930.870.770.66（三）不同重现期换算（三）不同重现期换算重现期为重现期为T年时的基本风压与重现期为年时的基本风压与重现期为50年的基本风压的关年的基本风压的关系为：系为：式中式中 W0重现期为重现期为50年的基本风压（年的基本风压（kN/m2）；）；WT重现期为重现期为T年时的基本风压（年时的基本风压（ kN/m2 ）；）； 换算系数，按换算系数，按下表取值。下表取值。第四章 风荷载第二节第二节 基本风速和基本风压基本风速和基本风压 山区地势起伏多变，对风速影响较为显著，山区基本风压与山区地势起伏多变，对风速影响较为显著

12、，山区基本风压与邻近平坦地区的基本风压有所不同，山区风速有如下特点：邻近平坦地区的基本风压有所不同，山区风速有如下特点： 山间盆地、谷地等闭塞地形山间盆地、谷地等闭塞地形第四章 风荷载第二节第二节 基本风速和基本风压基本风速和基本风压 当风向与谷口或山口趋于一当风向与谷口或山口趋于一致时，气流由开敞区流入两边为高山的狭窄区，流区压缩，致时，气流由开敞区流入两边为高山的狭窄区，流区压缩，风速必然增大；风速必然增大；风速比一般空旷平坦地面增大风速比一般空旷平坦地面增大101020%20%。 由于风速随高度增加和气流由于风速随高度增加和气流越过山峰时的抬升作用，山顶和山坡的风速比山麓要大。越过山峰时

13、的抬升作用，山顶和山坡的风速比山麓要大。 谷口、山口等开敞地形谷口、山口等开敞地形 山顶、山坡等孤尖地形山顶、山坡等孤尖地形山区建筑物可根据不同地形条件给出风荷载地形修正系数，一般情况下山山区建筑物可根据不同地形条件给出风荷载地形修正系数，一般情况下山区的基本风压可按相邻平坦地区基本风压乘以下列修正系数后采用：区的基本风压可按相邻平坦地区基本风压乘以下列修正系数后采用： （1 1）对于山峰和山坡，其顶部）对于山峰和山坡，其顶部B B处的修正系数按下述公式计算：处的修正系数按下述公式计算： (4.3)(4.3)式中式中 山峰或山坡在迎风面一侧的坡度；当山峰或山坡在迎风面一侧的坡度；当 时，时，

14、取取 ； 系数，对山峰取系数，对山峰取3.23.2，对山坡取，对山坡取1.41.4；H H 山顶或山坡全高（山顶或山坡全高（m m）；）； z z 建筑物计算位置离建筑物地面的高建筑物计算位置离建筑物地面的高度（度（m m）；当）；当z z2.52.5H H时，取时，取z z=2.5=2.5H H。2B1tg12.5zHtgtg0.3tg0.3d12dZABCAd4dCB图图4.5 4.5 山峰和山坡示意图山峰和山坡示意图AC第四章 风荷载第二节第二节 基本风速和基本风压基本风速和基本风压 第四章 风荷载第三节第三节 风压高度变化系数风压高度变化系数第四章 风荷载第三节第三节 风压高度变化系数

15、风压高度变化系数图图4.6 4.6 不同粗糙度下的平均风剖面不同粗糙度下的平均风剖面开阔水面城市市区52 大城市市区55100036H(m)500400300200839470乡镇和郊区8470956795100847791100600100100第四章 风荷载第三节第三节 风压高度变化系数风压高度变化系数00zzvv式中式中 v任一高度任一高度z处平均风速；处平均风速； v0标准高度处平均风速；标准高度处平均风速； z离地面任一高度（离地面任一高度（m）；）； z0离地面标准高度；离地面标准高度； 与地面粗糙度有关的指数，地面粗糙程度越大，与地面粗糙度有关的指数，地面粗糙程度越大，该指数越大

16、。该指数越大。 第四章 风荷载第三节第三节 风压高度变化系数风压高度变化系数22a20a0a0a( )w zvzwvz2a0a( )10zw zw式中式中 wa(z)任一地貌高度任一地貌高度z处风压；处风压；w0a任一地貌标准高度处风压。任一地貌标准高度处风压。第四章 风荷载第三节第三节 风压高度变化系数风压高度变化系数设标准地貌下梯度风高度为设标准地貌下梯度风高度为H HT0T0，粗糙度指数为，粗糙度指数为 0 0，基本风压，基本风压值为值为w w0 0；任一地貌下梯度风高度为；任一地貌下梯度风高度为H HTaTa。根据梯度风高度处风。根据梯度风高度处风压相等的条件，由压相等的条件，由(4.

17、6)(4.6)式可导出：式可导出：0220a00a1010TTHHww02200a0a1010TTHwwH将将(4.8)(4.8)代入代入(4.6)(4.6)式，得任一地貌条件下，高度式，得任一地貌条件下，高度z z处风压：处风压：0022Ta2T0)10()10()10()(0wwzHHzwaza 上式中上式中 是任意地貌下是任意地貌下，应按地面粗糙度，应按地面粗糙度指数指数 和假定的梯度风高度和假定的梯度风高度H HT T确定，并随离地面高度确定，并随离地面高度z z而变化。而变化。az2a0a( )10zw zw第四章 风荷载第三节第三节 风压高度变化系数风压高度变化系数12. 0ATA

18、300mH第四章 风荷载第三节第三节 风压高度变化系数风压高度变化系数00.15BTBT0350mHH第四章 风荷载第三节第三节 风压高度变化系数风压高度变化系数22. 0CT450mCH第四章 风荷载第三节第三节 风压高度变化系数风压高度变化系数30. 0DTD550mH第四章 风荷载第三节第三节 风压高度变化系数风压高度变化系数0.24zA0.30zB0.44zC0.60zD1.284()101.000()100.544()100.262()10zzzz az第四章 风荷载第四节第四节 风荷载体型系数风荷载体型系数自由气流并不能理想地停滞在建筑物表面，而是自由气流并不能理想地停滞在建筑物表

19、面，而是以不同途径从建筑物表面绕过。以不同途径从建筑物表面绕过。侧风面迎风面背风面侧风面+-第四章 风荷载第四节第四节 风荷载体型系数风荷载体型系数应以风荷载体型系数对基本风压进行修正。应以风荷载体型系数对基本风压进行修正。u风荷载体型系数一般均通过风洞试验方法确定。 s第四章 风荷载第四节第四节 风荷载体型系数风荷载体型系数风洞试验设施风洞试验设施直直流流式式风风洞洞 第四章 风荷载第四节第四节 风荷载体型系数风荷载体型系数风洞试验风洞试验第四章 风荷载第四节第四节 风荷载体型系数风荷载体型系数建筑物模型建筑物模型第四章 风荷载第四节第四节 风荷载体型系数风荷载体型系数桥梁模型桥梁模型第四章

20、 风荷载第四节第四节 风荷载体型系数风荷载体型系数冷却塔模型冷却塔模型第四章 风荷载第四节第四节 风荷载体型系数风荷载体型系数建筑模型风洞试验建筑模型风洞试验第四章 风荷载第四节第四节 风荷载体型系数风荷载体型系数s15-0.603060+0.8+0.8-0.5-0.5s中间值按插入法计算+0.8-0.5-0.7-0.7第四章 风荷载第四节第四节 风荷载体型系数风荷载体型系数 下发生倒塌下发生倒塌第四章 风荷载第四节第四节 风荷载体型系数风荷载体型系数可将单体建筑物的体型系数可将单体建筑物的体型系数乘以乘以。相互干扰系数定义为受扰后的结构风荷载和单体结构相互干扰系数定义为受扰后的结构风荷载和单

21、体结构风荷载的比值风荷载的比值。（在（在1.01.01.21.2之间选）之间选） 第四章 风荷载第四节第四节 风荷载体型系数风荷载体型系数风载体型系数是整个受风面的风压平均值，不适风载体型系数是整个受风面的风压平均值，不适用于局部范围的风压，如建筑转角处和檐口、阳台等部位。用于局部范围的风压，如建筑转角处和檐口、阳台等部位。1s第四章 风荷载第五节第五节 顺风向风振顺风向风振 水平流动的气流作用在结构物的表面上，会在其表面水平流动的气流作用在结构物的表面上，会在其表面上产生风压，将风压沿表面积分可求出作用在结构上的风上产生风压，将风压沿表面积分可求出作用在结构上的风力，结构上的风力可分为力，结

22、构上的风力可分为: 一般情况下，不对称气流产生的风扭力矩数值很小，工一般情况下，不对称气流产生的风扭力矩数值很小，工程上可不予考虑，仅当结构有较大偏心时，才计及风扭力程上可不予考虑，仅当结构有较大偏心时，才计及风扭力矩的影响。矩的影响。 和和是结构设计主要考虑对象。是结构设计主要考虑对象。第四章 风荷载第五节第五节 顺风向风振顺风向风振： 对于对于第四章 风荷载第五节第五节 顺风向风振顺风向风振 10m10m10m10m10m10m10m10m10m10mwk10k9wwk9wk8wk6wk5wk4wk3wk2wk1第四章 风荷载第五节第五节 顺风向风振顺风向风振式中式中 g 峰值因子，可取峰

23、值因子，可取2.5； I10 10m高名义湍流强度，对应高名义湍流强度，对应A、B、C和和D类地面类地面 粗糙度，可分别取粗糙度，可分别取0.12、0.14、0.23和和0.39； R 脉动风荷载的共振分量因子；脉动风荷载的共振分量因子； Bz 脉动风荷载的背景分量因子。脉动风荷载的背景分量因子。210z1 21zgI BR z第四章 风荷载第五节第五节 顺风向风振顺风向风振 1(0.007 0.013)TH 钢结构钢结构 （4.254.25） 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 （4.264.26） 式中式中 n建筑层数。建筑层数。 钢筋混凝土框架和框剪结构可按下述公式确定：钢筋混凝土框架和框剪结

24、构可按下述公式确定： (4.27) (4.27) 钢筋混凝土剪力墙结构可按下述公式确定：钢筋混凝土剪力墙结构可按下述公式确定： (4.28)(4.28) 式中式中 H房屋总高度（房屋总高度（m）；）； B房屋宽度（房屋宽度（m）。）。第四章 风荷载第五节第五节 顺风向风振顺风向风振1(0.10 0.15)Tn1(0.05 0.10)Tn23130.250.53 10HTB130.030.03HTB第四章 风荷载第五节第五节 顺风向风振顺风向风振 gz101 2()10zgI 第四章 风荷载第五节第五节 顺风向风振顺风向风振 第四章 风荷载第五节第五节 顺风向风振顺风向风振 （0wwzszk（4

25、.304.30）01wwzsgzk（4.314.31）第四章 风荷载第五节第五节 顺风向风振顺风向风振 框架剪力墙结构，框架剪力墙结构，H=100m，B=45m；w0=0.55kN/m2，C类；类；wk=？底部弯矩？底部弯矩M=？0wwzszk1、风荷载体型系数、风荷载体型系数 s s =0.8+0.5=1.310m10m10m10m10m10m10m10m10m10mwk10k9wwk9wk8wk6wk5wk4wk3wk2wk1 z第四章 风荷载第五节第五节 顺风向风振顺风向风振10m10m10m10m10m10m10m10m10m10mwk10k9wwk9wk8wk6wk5wk4wk3wk

26、2wk1第四章 风荷载第五节第五节 顺风向风振顺风向风振第四章 风荷载第五节第五节 顺风向风振顺风向风振3 3、风振系数、风振系数 z210z121zgI BR 0wwzszk第四章 风荷载第五节第五节 顺风向风振顺风向风振10m10m10m10m10m10m10m10m10m10mwk10k9wwk9wk8wk6wk5wk4wk3wk2wk1第四章 风荷载第五节第五节 顺风向风振顺风向风振 1015(0.49 50.52 150.65 250.77 350.87 450.96 551.05 65 1.13 75 1.21 851.28 95) 45 102.353 10 kN mkiiiiM

27、wzA 10m10m10m10m10m10m10m10m10m10mwk10k9wwk9wk8wk6wk5wk4wk3wk2wk1第四章 风荷载第六节第六节 横风向风振横风向风振高层建筑、高耸塔架、烟囱等结构物高层建筑、高耸塔架、烟囱等结构物横风向风作用引起的结构共振会产生很大的动横风向风作用引起的结构共振会产生很大的动力效应，甚至对设计起着控制作用。力效应，甚至对设计起着控制作用。第四章 风荷载第七节第七节 桥梁风荷载桥梁风荷载 （一）风的静力作用（一）风的静力作用 在平均风的作用下，结构上的风压值不随时间发生变化，可将其视为静在平均风的作用下，结构上的风压值不随时间发生变化，可将其视为静力

28、风荷载。静力风荷载采用三分力来描述：力风荷载。静力风荷载采用三分力来描述： 升力荷载：升力荷载：气流流经桥梁时，截面表面的风压分布存在差别，上下表面气流流经桥梁时，截面表面的风压分布存在差别，上下表面压强差就是桥梁所受的升力荷载；压强差就是桥梁所受的升力荷载； 横风向力：横风向力：迎风前后表面压强差则是桥梁所受的风阻力荷载，即通常所迎风前后表面压强差则是桥梁所受的风阻力荷载，即通常所说的横风向力；说的横风向力； 扭矩：扭矩：当升力与阻力的合力作用点与桥梁截面的形心不一致时，还会产当升力与阻力的合力作用点与桥梁截面的形心不一致时，还会产生对形心的扭矩。生对形心的扭矩。 桥梁风荷载包含升力桥梁风荷

29、载包含升力F FV V、阻力、阻力F FH H与扭矩与扭矩M MT T三个分量，在体轴坐标系下的三个分量，在体轴坐标系下的三分力如下图所示。三分力如下图所示。第四章 风荷载第七节第七节 桥梁风荷载桥梁风荷载 风荷载在风轴坐标系下的三分力风荷载在风轴坐标系下的三分力 第四章 风荷载第七节第七节 桥梁风荷载桥梁风荷载 引入无量纲的静力三分力系数，在体轴坐标系下静力风引入无量纲的静力三分力系数，在体轴坐标系下静力风荷载可以表示为：荷载可以表示为： 阻力阻力 (4.45) 升力升力 (4.46) 扭矩扭矩 (4.47) 式中：式中： U上游来流平均风速；上游来流平均风速；CH、CV、CM体轴坐标阻力系

30、数、升力系数与扭矩系数；体轴坐标阻力系数、升力系数与扭矩系数； D、B桥梁截面的高度与宽度。桥梁截面的高度与宽度。 类似体轴坐标系下静力风荷载的表达式，风轴坐标系下同类似体轴坐标系下静力风荷载的表达式，风轴坐标系下同样可以定义阻力样可以定义阻力FD、升力、升力FL、和扭矩、和扭矩MT，并相应存在阻力系，并相应存在阻力系数数CD、升力系数、升力系数CL与扭矩系数与扭矩系数CM。2HH12FU C D2VV12FU C B22TM12MU C B第四章 风荷载第七节第七节 桥梁风荷载桥梁风荷载 另一类是在脉动风作用下的一种有限振幅的随机强迫振另一类是在脉动风作用下的一种有限振幅的随机强迫振动，称为

31、抖振。动，称为抖振。涡激振动（涡振）虽带有自激的性质，但也是涡激振动（涡振）虽带有自激的性质，但也是限幅振动，因而具有双重特性限幅振动，因而具有双重特性。第四章 风荷载第七节第七节 桥梁风荷载桥梁风荷载 当风横向吹过桥梁，桥面板端口部位置于风口上，桥面当风横向吹过桥梁，桥面板端口部位置于风口上，桥面板会产生上下运动和扭转运动，竖向振动和扭转振动相耦合时，板会产生上下运动和扭转运动，竖向振动和扭转振动相耦合时，引起结构的发散振动称为颤振。颤振是一种空气动力失稳现象，引起结构的发散振动称为颤振。颤振是一种空气动力失稳现象，易于在柔性平板中出现，易于在柔性平板中出现，美国塔科玛桥风致破坏就是一种典型

32、的美国塔科玛桥风致破坏就是一种典型的由颤振不稳定引发的事故。由颤振不稳定引发的事故。 桥梁在横向风作用下，在垂直于气流方向会产生大振幅桥梁在横向风作用下，在垂直于气流方向会产生大振幅弯曲振动，称为驰振。驰振一旦发生便成为剧烈振动，实际上也弯曲振动，称为驰振。驰振一旦发生便成为剧烈振动，实际上也是一种空气动力失稳现象。自激发散振动对桥梁危害最大。是一种空气动力失稳现象。自激发散振动对桥梁危害最大。第四章 风荷载第七节第七节 桥梁风荷载桥梁风荷载第四章 风荷载第七节第七节 桥梁风荷载桥梁风荷载第四章 风荷载第七节第七节 桥梁风荷载桥梁风荷载 第四章 风荷载第七节第七节 桥梁风荷载桥梁风荷载上海杨浦

33、大桥缆索涡振上海杨浦大桥缆索涡振和风雨振使得索套破坏和风雨振使得索套破坏九江长江大桥钢拱九江长江大桥钢拱吊杆发生涡激共振吊杆发生涡激共振第四章 风荷载第七节第七节 桥梁风荷载桥梁风荷载 第四章 风荷载第七节第七节 桥梁风荷载桥梁风荷载 分类分类现象现象作用机制作用机制静力静力作用作用静风载引起的内力和变形静风载引起的内力和变形平均风的静风压产生阻力、平均风的静风压产生阻力、升力和扭转力矩作用升力和扭转力矩作用静力不稳定静力不稳定扭转发散扭转发散静（扭转）力矩作用静（扭转）力矩作用横向屈曲横向屈曲静阻力作用静阻力作用动力动力作用作用抖振（紊流风响应）抖振（紊流风响应）限幅振动限幅振动紊流风作用紊

34、流风作用自自激激振振动动涡振涡振漩涡脱落引起的涡激力作漩涡脱落引起的涡激力作用用驰振驰振单自由度单自由度发发散散振振动动自激力的气动负阻尼效应自激力的气动负阻尼效应阻尼振动阻尼振动扭转颤振扭转颤振古典耦合振动古典耦合振动二自由度二自由度自激力的气动刚度驱动自激力的气动刚度驱动第四章 风荷载第七节第七节 桥梁风荷载桥梁风荷载 在静力风荷载作用下，大跨度桥梁有可能发生因气动力矩过在静力风荷载作用下，大跨度桥梁有可能发生因气动力矩过大而引起扭转发散，或因风阻力荷载过大而导致横向屈曲的静力大而引起扭转发散，或因风阻力荷载过大而导致横向屈曲的静力失稳现象。失稳现象。 以扭转发散为例，主梁在风力作用下会产

35、生气动扭矩并发生扭以扭转发散为例，主梁在风力作用下会产生气动扭矩并发生扭转，主梁的扭转使得主梁在风场中的有效攻角增大，如果主梁的转，主梁的扭转使得主梁在风场中的有效攻角增大，如果主梁的扭转力系数随风攻角增大而增大，此时对应的主梁气动扭矩也随扭转力系数随风攻角增大而增大，此时对应的主梁气动扭矩也随之增大。在某一临界风速时，桥梁出现不稳定的扭转发散现象。之增大。在某一临界风速时，桥梁出现不稳定的扭转发散现象。第四章 风荷载第七节第七节 桥梁风荷载桥梁风荷载 。 （一）（一） 横向风力（横桥方向）横向风力（横桥方向） 横桥方向风力等于横向风压乘以迎风面积，按下式确定：横桥方向风力等于横向风压乘以迎风面积，按下式确定： (4.54a) wh0 1 3dwhFk kkWA2dd2VWg第四章 风荷载第七节第七节 桥梁风荷载桥梁风荷载 (4.54b) wh0 1 3dw