桥梁结构风振控制与设计要点分析

焦梦莹 张 浩

（安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088；公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088）

1 桥梁结构的风致振动

通常将桥梁结构的风致振动划分为限幅振动和发散性振动；限幅振动又包括抖振和涡激振。抖振指的是桥梁在风速的影响下被迫振动，一旦发生涡激振的话则会引起巨大的破坏。尤其大跨度的桥梁建设中的吊杆、斜拉索、悬索桥在施工阶段均容易发生涡激振。通常由于不对称的脱落旋涡形成横向风的涡激力，严重影响桥梁的稳定性。同时气流中的弹性体自身会发生变形或者振动，并随着气流的变化而变化［1］。风振控制措施的实施需要结合桥梁的不同部位采取相应的方法，利用外部能源的瞬时力量加强控制，以期改变桥梁结构的动力特性，结合各项先进的控制要点对桥梁结构进行优化处理，提升桥梁建设的稳定性。

2 分析桥梁结构风振控制设计要点

2.1 做好前期的准备工作

在桥梁的结构设计上需要充分考量临界风速带来的风颤，需要严格控制抖振的幅度值，深如了解桥梁建设各阶段的抗风性能，加强对设计方案的制定。由于不同区域风力大小存在差异性，相关风振控制设计人员需要深入实地进行考察，收集数据资料，保证最终的设计方案与预期效果保持一致性，详细考察周边的地形地貌，并形成记录，进行后期的数据对比分析；根据数值参数相应的调整设计方案，尽可能提升桥梁风振控制设计的合理性和科学性。

2.2 动力特性

设计人员需要结合桥梁建设的动力特征，构建动力模型进行风振分析，并将实际收集的数据信息进行比较，提升模型建立的可行性和检验结果的精确性，确保最终将风振数值控制在最小范围内，提升桥梁的抗风稳定性，更好满足桥梁的设计初衷，提升人们出行需求以及对桥梁的安全性要求。

设计人员需要采用多种风力环境设计方法，加强对风荷载力的试验及桥梁的稳定性试验，在多种方案中筛选最佳的施工方案［2］。通过建立科学的动力模型获取正常的设计取值，提升最终设计的可靠性。

2.3 临界风速

临界风速直接关系到桥梁风险系数，且临界风速是桥梁发生颤振的主要原因，设计人员需要严格考量风速的大小带来的风险，最大程度上减弱桥梁的振动。根据紊流风分析桥梁的抖动现象，并作出正确的预测，保障桥梁的稳定性。

3 加强桥梁风振控制设计的有效措施

3.1 结构措施

具体实施结果措施时，要明确把握桥梁结构的动力性能，控制好桥梁的临界风速和振动幅度，可以通过对悬索桥添加约束装置的方式增加桥梁的稳定性，带来多振型耦合，增大现有桥梁结构抗风能力。通过提升桥梁刚度加固其牢固性能，不断提升桥梁结构设计的质量，基于桥面容易发生颤振现象，加强扭转截面刚度，能够有效降低桥梁的断面的震动现象。由于现有的阻尼有限，通过提高阻尼的初始结构，减少桥梁的振动。

3.2 气动措施

要想有效降低气流对桥梁界面的影响，要充分考虑气动外形对气流作用力的影响。考量风荷载性质对桥梁震动的影响，在桥梁的预定功能不变的情况下，采用改良桥梁外形的方法减小桥梁振动。部分学者研究说明使用空气动力学难以全面的进行桥梁结构的风振分析，需要通过更多的风洞实验进行气流作用力研究，通过增强桥梁的不同截面进行振动参数的测试，将界面中的稳定性截面进行对比；截面形状的裙板和风嘴设计至关重要，确保气流通过该部位时，减少涡脱现象。为最大限度提升桥梁的稳定性，要严格控制桥梁端面的悬臂型，保证悬臂长度和桥梁长度保持一致。为降低风速的频率，可以在桥面位置开槽透风，从而保证气动的稳定性。通过增加一定数量的抑流板、导流板，控制气流动态，最大化减弱桥梁的振动现象。

3.3 机械措施

机械措施包括主动控制措施、半主动控制、混合控制。主动措施较比气动措施效果更加明显，能够有效减弱桥梁的振动频率，利用外部能源进行外荷载力控制，降低桥梁结构振动频率，实时进行结构动力反应，在气动模型构建的基础上，提升风振控制能力，并将主动控制反馈在反馈机制中，减少其他因素的干扰。半主动控制是指通过结构反应控制进行原理实施，通过调节结构刚度，降低结构反应能力。半主动控制器是将机械式主动调节器与桥梁刚度相辅相成，通过减少阻尼参数，主动的利用结构振动变形和速度加以控制。

混合控制是将主动控制与被动控制相融合，规避控制中的缺陷，充分发挥混合模式的优势，利用制动控制优势进行风振控制，利用半主动控制方式降低桥梁振动中消耗的能量。基于风振工作性质的差异性，在具体进行设计时，要明确考虑具体风振控制措施的实际运用情况，基于桥梁结构设计的美感角度考虑，必须通过大量的风洞试验选择风控措施。

4 结语

综上所述，基于桥梁结构工程建设中，风振控制直接关系到桥梁设计的安全性，通过对风振控制设计，探究出结构措施、气动措施、机械措施能够有效改善桥梁的风振现象，提升桥梁施工建设的安全性，为相关桥梁设计者提供一定的参考，推动我国桥梁建设工程良性发展。