文档介绍：悬索桥的风致振动及控制方法的探讨
刘琳娜,何杰,王志春
武汉理工大学,道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室,湖北武汉(430070)
摘要:风对悬索桥的作用是十分复杂的现象,随着桥梁结构的大跨度发展,桥梁对风作用
反应的敏感和复杂逐渐成为设计的控制因素。本文章就悬索桥的三个重要组成部分——梁
体,主塔以及缆索各自的风致振动研究现状和控制方法进行了分析介绍,同时探讨了悬索桥
应该进一步研究的风致振动方面的问题。
关键词:悬索桥,风致振动,振动形式,控制方法

1. 引言
悬索桥以其受力性能好、跨越能力大、轻型美观,抗震能力好,而成为跨越江河、海峡
港湾等交通障碍的首选桥型。由于桥梁是裸露于地球表面大气边界层内的建筑物,不可避免
的会受到风的作用。而且随着桥梁理论的不断完善和施工技术的不断提高,桥梁结构型式向
轻型化、长大化发展[1],这就使风对桥梁的作用更加明显。风荷载逐渐成为悬索桥设计的主
要控制荷载。然而,桥梁界对风对桥梁的作用的认识是在惨痛的历史教训中总结发展的。据
不完全统计,18 世纪以来,世界上至少有 11 座悬索桥由于风的作用而毁坏[2]。直到 1940
年秋,美国华盛顿州建成才 4 个月的 a 吊桥在不到 20 m/s 的 8 级大风作用下发生破
坏才引起了国际桥梁工程界和空气动力界的极大关切。
目前,世界上已修建的最大跨度的悬索桥为日本的明石海峡大桥,其主跨跨度已达到
1990m,而一些跨度更大的特大跨悬索桥,如 Messina 海峡大桥、Gilbralter 海峡大桥也己先
后提上议事日程。随着我国经济的迅速发展,桥梁建设事业也得到了飞速发展,我国也己成
功修建了汕头海湾大桥、广东虎门大桥、西陵长江大桥和江阴长江大桥等多座悬索桥,尤其
江阴长江大桥跨度达到 1385 米,进入世界前列; 目前还有多座大跨悬索桥在规划中,如珠
江口伶仃洋跨海工程、杭州舟山大桥等。因此,二十一世纪中国的桥梁事业将有更崭新的发
展。
随着悬索桥跨度的增加,结构刚度和阻尼显著下降,因此对风的作用更为敏感,从而抗
风设计已逐渐成为大跨悬索桥设计中的控制因素。而对于悬索桥风致振动及其控制方法的研
究也显的越来越重要了。悬索桥的风致振动在其结构上主要表现为梁体、主塔、缆索等三个
构件的振动,因此本文从这三个构件的风致振动机理的研究入手,借以探讨对悬索桥各个构
件的控制方法。
2. 梁体的风致振动和控制方法
由于悬索桥轻柔、大跨的性质,梁体的振动机理是最受关注的,一般来说,其主要风
致振动形式有两种——对桥梁具有摧毁作用的颤振和最常见的抖振。
颤振
颤振是一种危险性的自激发散振动。对于近流线型的扁平断面可能发生类似机翼的弯扭
耦合颤振。对于非流线型断面则容易发生分离流的扭转颤振[3]。上述两种颤振分析理论可以
较好地解决悬索桥的颤振问题。
对桥梁结构进行颤振分析可首推 Bleich,他于 1948 年首次将以 Theodorson 函数为基础
-1-

的古典耦合颤振理论——Theodorson 机翼颤振理论应用于悬索桥颤振分析中。1967 年,
Kloppel 和 Thiele 将Bleich 悬索桥古典耦合颤振分析方法的逐次逼近过程编制成计算机程序,