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大跨度桥梁风振问题按结构振动形式分为五类，即抖振、颤振、涡振、驰振和斜拉索风振。本文对抖振、颤振、涡振这三个风致振动问题的研究现况及研究方法介绍。

一、抖振

最先研究桥梁抖振问题的学者是Davenport，其后Scanlan和Lin等众多学者对此也进行了大量的研究。结构抖振响应分析方法一般可分为频域法和时域法两类以及基于频域的可靠度研究。

(一)抖振的频域分析方法。Davenport最早将概率统计的方法引入到桥梁结构的抖振响应分析中，应用随机振动理论来分析桥梁抖振响应的方法开辟了桥梁气动弹性研究的新领域，并成为至今人们研究抖振问题的主要方法之一，在他的理论中提出了气动导纳的概念来修正其按标准定常气动力模型计算的误差为了修正准定常气动力的误差，引入了气动导纳函数。Scanlan在Davenport建立的颤振分析理论基础上，提出了考虑结构自身运动引起的自激力以及自然风产生的抖振力同时作用下的颤抖振分析理论，在他的理论中特别强调了气动自激力在抖振中的参与效应。

(二)抖振时域分析方法。时域分析方法由三部分组成：流风场模拟、气动力计算和响应、时域分析。由于风工程不叫复杂而且理论不成熟，主流对时域分析方法也可以分为三种：第一种方法：Kovacs和Santos直接以准定常假定为基础进行气动力时域列式，并考虑了瞬时有效攻角和瞬时相对风速的影响的方法；第二种方法：项海帆、刘春华基于Scanlan的方法，将作用在主梁上的气动力分解为静风力、抖振力和自激力三项；第三种方法：Yang的研究基本沿用了上述思路和处理方法，但在风场模拟中提出了更为有效的修正谐波合成法。

(三)大跨度桥梁抖振动力可靠度。结构动力可靠度理论是近年来发展起来的随机振动理论的一个分支，大跨度桥梁抖振动力可靠度研究是结构动力可靠度理论在桥梁风振领域的应用和发展。桥梁风振动力可靠性可定义为：在随机风荷载的作用下，桥梁结构的可靠性。桥梁风振动力可靠度是指在随机风荷载作用下，在给定时间内不发生破坏或失效的概率。主要思路是开展桥梁抖振分析以得到抖振响应的频域统计信息，结合结构动力可靠度理论再分析抖振动力可靠度。由于该思路的最大优点是能够与动力可靠度理论联系起来，所以目前国内学者主要采用频域方法研究抖振响应问题，进而研究抖振动力可靠度。

二、颤振

桥梁颤振是一种由弹性力、惯性力、阻尼力和空气自激力共同作用引起的现象。其振动为是发散的，故颤振一旦发生，将导致结构整体的彻底破坏，因此桥梁设计中必须避免结构在使用过程中发生颤振。颤振的研究方法分为：理论分析法、直接试验法、理论与试验结合的方法、桥梁颤振可靠度研究。

(一)颤振的研究方法。理论分析法：确定性分析相应的分析理论或方法大致可分为二维经典祸合颤振理论，二维分离流颤振理论和三维有限元分析方法频域和时域分析方法。

直接试验法：到目前为止，还不能用纯数学的方法精确描述风绕过桥梁时对桥梁的作用力。因此，直接的风洞试验方法就成为了桥梁颤振研究的一种有效的方法。根据试验中采用的模型形式，桥梁颤振的风洞试验可分为节段模型试验、拉条模型试验和全桥气弹模型试验。

理论与试验结合的方法：由于桥梁确定性分析理论的发展，基于Scanlan对Theodorson理论为基础的改进，使得理论和试验相结合这一方法的诞生。基于Scanlan的分离流颤振理论，可以建立桥梁系统的动力学方程，通过频域或时域的方法求解出颤振临界风速。

桥梁颤振可靠度研究：大跨度桥梁颤振可靠度的研究历史较短，研究成果较少，目前世界上仅有几座重要的桥梁采用了可靠度研究方法。目前桥梁颤振可靠度分析中采用的极限状态方程主要有两种：一种是上文中Ostenfeld建立的在颤振分析中建立的颤振可靠度分析的极限状态方程；第二种是同济大学葛耀军等提出的桥梁颤振可靠度分析的极限状态方程。

三、涡激振动

当大气边界层中近地风绕过桥梁时，可能会产生流动分离和周期性的旋涡脱落，使结构上下或左右两侧表面出现交替变化的正负压力和力矩，称为涡激力。涡激力可能会引起结构横风向或扭转方向有限振幅的振动，称为涡激振动，也叫涡振。涡振虽然不会像颤振一样导致桥梁灾难性的破坏，但是它在低风速下也会发生，发生频率高，有可能导致杆件裂纹或疲劳破坏，影响行车的舒适性和安全性。

(一)涡激振动的研究方法。目前主要采用四种方法，即理论分析、风洞试验、现场实测和数值风洞研究桥梁结构涡振问题。

理论分析：理论分析的理论基础是结构振动理论。理论分析方法作为一种研究手段，需要有实测或者风洞试验结果为基础，来检验和校核其计算的准确度。主要代表有以下几种：简谐力模型、力振子模型、经验线性模型、经验非线性模型、Larson模型。在确定了涡振数学模型之后，即可利用该模型实现对结构涡振分析。

风洞试验：风洞试验是在实验室中模拟大气边界层的实际风环境和实际结构，是一种通过模型风效应来考察实际结构风效应的方法。该方法是目前使用最普遍的方法。

现场实测：现场实测是利用仪器在现场对实际风环境及风振响应进行测量，是研究风荷载和风振响应问题最直接和最可靠的手段，也是对桥梁风工程研究的一项非常重要的基础性工作。然而现场实测仍然存在不足之处，主要表现在：①获得详细的测量数据比较困难；②投资较大；③测得数据有时不理想，分析处理实测数据过程复杂，在实际研究中应用较少。

计算风工程：计算风工程是研究学者基于空气动力学原理，采用计算流体力学技术，使用数值模拟方法计算大气边界层中钝体绕流而形成的一门交叉研究方向。计算风工程的核心内容是计算流体动力学。数值风洞方法与直接风洞试验相比较，有其优越性。现阶段主要包括3种模拟分析方法：雷诺平均N—S模拟(SANS)、大涡模拟(LES)和直接数值模拟(DNS)。

四、小结

随着桥梁工程理论的发展，对相关的学科带来更多的挑战，也要求桥梁风工程这一学科需要不断发展发展。桥梁风工程是一门很复杂的学科，还有很多问题需要克服，这里只提及对桥梁风工程中的几个大的问题及分析方法，其中的每一项研究都是学者们花费了很多的心血。目前理论还没有完备，随着计算机等的发展，基于可靠度理论的方法和计算风工程的方法都需要进一步的研究。

[1]李明水,大跨度桥梁抖振响应的频域分析,2000,空气动力学学报.

[2]项海帆，结构风工程研究的现状和展望，1997，空气动力学学报.

[3]葛耀君，随机风荷载作用下的桥梁颤振可靠性分析，2003，土木工程学报.

[4]姜天华，大跨度桥梁风致振动控制研究，2009，武汉理工大学.

[5]许福友，丁威，姜峰，张哲，大跨度桥梁涡激振动研究进展与展望，2010，振动与冲击.