橋梁結(jié)構(gòu)受自然界地面強風、地震地面運動的作用,會產(chǎn)生振動,并誘發(fā)結(jié)構(gòu)局部疲勞損傷,或影響行車安全和舒適度,或使橋梁完全破壞。因而橋梁的抗風、抗震分析與設計是橋梁工程學中不能忽視的問題。
地震地面運動、地面強風有一個共同的特點,即隨機性,也就是說不能用確定性的時間或空間坐標函數(shù)來描述它們,而只能用概率或統(tǒng)計的方法描述它們。由它們所激起的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動也是隨機的、不確定的,因而也稱隨時機振動。
橋梁結(jié)構(gòu)對地震和強風所產(chǎn)生的作用的響應是隨時機的振動響應,它不僅與地震地面運動、地面強風的動力特性有關,還與橋梁結(jié)構(gòu)的動力行為相關。因此,研究橋梁結(jié)構(gòu)受地震、強風作用的動力響應的基礎是結(jié)構(gòu)動力學、振動理論。
由于地震地面運動、地面強風的隨機性,使橋梁的抗風、抗震分析很復雜且有許多不確定因素。這給橋梁工程應用帶來了很大的困難,也有許多問題仍需要進一步研究。
現(xiàn)行的橋梁抗風、抗震分析計算方法仍有許多不完善,在許多方面對隨機的地震地面運動、地面強風均作了確定性和經(jīng)驗性的簡化處理。
橋梁結(jié)構(gòu)的抗風分析研究是自1940年美國Tacoma海峽懸索橋被風致破壞的事件發(fā)生后開始的,它引起了橋梁工程界和空氣動力界極大的關注,并開展了大量的理論探索和風洞試驗研究,我國也有許多單位開展了這一工作。
一般來講,由于大跨度橋梁的固有振動頻率較低,其與地面強風的作用頻率相近,從而易誘發(fā)共振現(xiàn)象,因此,對于大跨度橋梁,如吊橋、斜拉橋、大跨度拱橋、大跨度剛構(gòu)橋等橋梁需要通過理論計算和風洞試驗選取合理的結(jié)構(gòu)型式與斷面外型,以求保證它在架設時或建成后的空氣動力穩(wěn)定性。
大跨度橋梁由于其在運營和施工階段的振動頻率較低,風致振動響應尤為突出,必須作理論研究和風洞試驗,選取合理的結(jié)構(gòu)型式以保證在施工和成橋狀態(tài)的空氣動力穩(wěn)定性。