1、ICS 93.040P28DB 32江 苏 省 地 方 标 准DB 32/ T XXXX2018桥梁结构抗风设计规范Wind-resistant design specification for bridge structures2018 - XX - XX发布 2018 - XX - XX实施江 苏 省 市 场 监 督 管 理 局 发 布DB32/T XXXX2018I目 次前言 .II1 范围 12 规范性引用文件 13 术语和定义 14 符号 35 风特性参数计算 46 风荷载 77 桥梁结构抗风安全性验算 98 风致振动控制 16附录 A（资料性附录） 江苏省基本风速值 18附录 B（
2、资料性附录） 非平稳风速模型及特征参数 20附录 C（资料性附录） 桥梁气动力参数 22DB32/T XXXX2018II前 言本标准按照 GB/T 1.1-2009标准化工作导则 第 1 部分：标准的结构和编写给出的规则起草。本标准由江苏省交通运输厅提出并归口。本标准起草单位：东南大学、江苏省交通运输厅公路事业发展中心、苏州科技大学、江苏省工程师学会风工程专业委员会、苏交科集团股份有限公司、江苏省气候中心。本标准主要起草人：王浩、闵剑勇、陶天友、陈鑫、张宇峰、李爱群、陈兵、茅建校、许钧。DB32/T XXXX20181桥梁结构抗风设计规范1 范围本标准规定了面向公路桥梁结构抗风设计的风特性参
3、数、风荷载、桥梁结构安全性验算、风致振动控制的相关条文。本标准适用于主跨800m以下的斜拉桥与主跨 1500m以下的悬索桥，其他桥型的抗风设计参照执行。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。JTG/T D60-01 公路桥梁抗风设计规范JTG D60 公路桥涵设计通用规范JT/T 926 桥梁用黏滞流体阻尼器3 术语和定义下列术语与定义适用于本文件：3.1 基本风速 basic wind speed开阔平坦地貌条件下，地面或水面以上10m 高度处，重现期内的1
4、0min 最大平均风速。3.2 设计基准风速 design standard wind speed 考虑局部地表粗糙度影响，结构或构件基准高度处重现期内的10min 最大平均风速。3.3 风速风向联合分布 joint distribution of wind speed and wind direction以风速、风向为随机变量的联合概率分布。3.4 非平稳风速模型 nonstationary wind speed model考虑非平稳特征的风速模型。3.5 地表粗糙度 terrain roughnessDB32/T XXXX20182反映大气边界层中地表起伏或地物高矮稀密的程度。3.6 空气
5、静力系数 aerostatic factor表征在风的静气动力作用下，结构断面受力大小的无量纲系数。3.7 静力扭转发散 aerostatic torsional divergence在风的静力扭转力矩作用下，当风速达到临界值时，结构扭转变形的附加攻角所产生的空气力矩增量超过了结构抵抗力矩的增量，而出现扭转角不断增大的失稳现象。3.8 静力横向屈曲 aerostatic lateral buckling横向静风荷载值超过结构横向屈曲临界荷载值时出现的失稳现象。3.9 颤振 flutter振动的结构通过气流的反馈作用不断吸取能量，振幅逐步增大直至使结构破坏的发散性自激振动。3.10 驰振 gal
6、loping振动的结构从气流中不断吸取能量，使非扁平截面的细长钝体结构的振幅逐步增大的发散性弯曲自激振动。3.11 涡激共振 vortex resonance气流绕经钝体结构时产生旋涡脱落，当旋涡脱落频率与结构的自振频率接近或相等时，由涡激力所激发出的结构共振现象。3.12 抖振 buffeting风的紊流成分所激发的结构随机振动，也称为紊流风效应。3.13 颤振临界风速 flutter critical wind speed判断桥梁发生颤振时临界点的风速。3.14 驰振临界风速 galloping critical wind speed判断桥梁发生驰振时临界点的风速。3.15 DB32/T
7、XXXX20183静力三分力 aerostatic force气流绕过结构所产生的静力作用力的三个分量，即阻力、升力和扭矩。3.16 节段模型试验 sectional model testing将结构构件的代表性节段做成刚性模型，在风洞中测定其静力三分力或非定常气动力作用的试验。3.17 全桥气动弹性模型试验 full aero-elastic model testing将结构按一定几何缩尺并满足各种必要的空气动力学相似条件制成的弹性三维空间模型，在风洞中观测其在均匀流及紊流风场中各种风致效应的试验。3.18 风致振动控制 wind-induced vibration control为避免结构
8、出现发散性风致振动或过大的限幅振动所采取的气动措施、结构措施或机械措施。4 符号下列符号适用于本文件：主梁宽度。B单位长度上的阻力。HF单位长度上的扭矩。M单位长度上的升力。V主梁高度。颤振稳定性指数。fI驰振临界风速。cgU颤振临界风速。r竖向涡激共振发生风速。cvh扭转涡激共振发生风速。桥面高度处的设计基准风速。d设计基准风速。gU静风横向屈曲临界风速。lb静风扭转发散风速。td距地面或水面高度 Z 处的风速。Z平板的颤振临界风速。co结构振动频率。f结构单位长度质量。mDB32/T XXXX20184风的频率。n地表粗糙高度。0z地表粗糙度系数。攻角。0结构的阻尼比。s非平板主梁截面的颤
9、振临界风速形状无量纲修正系数。非 0攻角下相对 0攻角的颤振临界风速的无量纲修正系数。考虑风速的脉动影响及水平相关特性的修正系数。f空气密度。注：除特殊说明，本标准中单位均采用国际单位制。5 风特性参数计算5.1 风速计算5.1.1 基本风速5.1.1.1 当桥址区与附近的气象台站地貌类别相同，且具有足够的连续风速观测数据时，宜采用当地气象台站年最大风速的概率分布类型，由 l0min 平均年最大风速推算重现期内（根据 JTG D60 规定可取 100 年）的数学期望值作为基本风速。5.1.1.2 对于风敏感的桥梁结构，当桥址区附近的气象台站数据不能代表桥址区风环境时，应在桥址区进行 1 年以上
10、的风环境现场观测，并采用观测数据推算基本风速。5.1.1.3 对于非风敏感的桥梁结构，当桥址区缺乏风速观测资料时，基本风速可按附录 A 的江苏地区基本风速分布表取值。5.1.2 设计基准风速5.1.2.1 风速沿竖直高度方向的分布宜按下述公式计算：(1)21ZZU式中，地面或水面以上高度 处的风速；2ZU2Z地面或水面以上高度 处的风速；1 1地表粗糙度系数。5.1.2.2 地表粗糙度系数 可按表 1 和 5.1.2.3 的规定取用。表1 地表分类及地表粗糙度参数地表类别 地表状况 地表粗糙度系数 地表粗糙高度 (m)0zDB32/T XXXX20185A 海面、海岸、开阔水面 0.12 0.
11、01B 田野、乡村、丛林、平坦开阔地及低层建 筑物稀少地区 0.16 0.05C 树木及低层建筑物等密集地区、中高层建 筑物稀少地区、平缓的丘陵地 0.22 0.30D 中高层建筑物密集地区、起伏较大的丘陵 地 0.30 1.005.1.2.3 当所考虑范围内存在两种粗糙度相差较大的地表类别时，地表粗糙度系数可取两者的平均值；当所考虑范围内存在两种相近类别时，按最不利者取值；当桥梁上下游侧地表类别不同时，按最不利者取值。5.1.2.4 当桥址区的风速观测数据不充分或当所在地区的气象台站与待建结构相距较远且与附近气象台站的地形地貌相差较大时，宜设立现场风速观测站，并可利用现场与附近气象台站风速观
12、测数据的相关性推算桥址处的风速，再由式(1)计算设计基准风速 Ug。5.1.2.5 当桥梁跨越较窄的海峡或峡谷等不易确定地表类别的特殊地形时，或待建物附近场地特征较为复杂时，宜通过模拟地形的风洞试验、实地风速观测、数值风洞方法或其他可靠方法确定桥梁设计基准风速。5.1.3 考虑风速风向联合分布的设计基准风速5.1.3.1 当桥址区各方向地貌特征差异显著或风速风向季节性特征明显，且具有足够连续风速观测数据时，宜考虑风速风向联合分布确定设计基准风速。5.1.3.2 各方向最大风速概率分布宜采用广义极值分布，由各方向 l0min 最大风速分布概型推算重现期内的数学期望值作为设计基准风速。5.1.3.
13、3 考虑风速风向联合分布的概率分布函数宜按下式计算：(2), ,gFUfPU式中，风速风向联合概率分布函数；,FU风向频率函数，介于01之间；f风向为 时该方向最大风速服从的概率分布函数，可按式(3)确定；,gP风速变量；设计基准风速。g5.1.3.4 各方向最大风速的概率分布函数按下式进行拟合：(3)1,exp1gUPUDB32/T XXXX20186式中，待拟合概率分布函数位置参数；待拟合概率分布函数尺度参数；待拟合概率分布函数形状参数。5.2 紊流强度风在水平方向的紊流强度 Iu的平均值可按表 2 取值，与 Iu方向垂直的水平及竖直方向的紊流强度Iv、I w分别取 Iv=0.88Iu，I
14、 w=0.50Iu。紊流强度的变化范围可为 30%。表2 紊流强度I u基准值地表粗糙度类别高度(m)A B C D107.5时，宜进行主梁的气动选型，通过节段模型试验、全桥模型试验和详fI细的颤振稳定性分析进行检验，必要时应采用振动控制技术。7.3.4 当颤振稳定性指数 1500A 1.30 1.27 1.25 1.24 1.23 1.22 1.21 1.20 1.20 1.19B 1.36 1.33 1.30 1.29 1.28 1.27 1.26 1.25 1.24 1.22C 1.43 1.39 1.37 1.35 1.33 1.31 1.30 1.28 1.27 1.25D 1.49
15、 1.44 1.42 1.40 1.38 1.36 1.35 1.33 1.31 1.297.4 抖振验算7.4.1 由于风的脉动作用，引起桥梁结构发生抖振。当判断结构对风的作用较为敏感时，宜通过适当的风洞试验及数值模拟技术确定其气动力参数，并进行结构抖振响应分析，必要时可通过全桥气动弹性模型试验测定其抖振响应。7.4.2 抖振响应分析应考虑脉动风的空间相关性和动力特征以及结构的振动特性等因素，宜包括所有可能被紊流激发的振型。7.4.3 当考虑风场非平稳特性时，可根据附录 B 规定的非平稳风速模型及特征参数进行抖振响应分析。7.5 涡振验算7.5.1 混凝土桥梁可不考虑涡激共振的影响，钢桥或钢
16、质桥塔宜通过风洞试验作涡激振动测试。7.5.2 当结构基频大于 5Hz 时，可不考虑涡激共振的影响。7.5.3 实腹式桥梁的竖向涡激共振发生风速可按下式计算：(33)2.0cvhbUfB式中，DB32/T XXXX201815竖向涡激共振发生风速；cvhU竖向弯曲振动频率。bf7.5.4 实腹式桥梁的扭转涡激共振的发生风速可按下式计算：(34)1.3cvtUfB式中，扭转涡激共振发生风速；cvU扭转振动频率。tf7.5.5 实腹式桥梁竖向涡激共振振幅可按下式估算：(35)2htcrsEBm(36)2r(37)10.65()hdsEBH(38)210ttuI(39)0lnuIZz式中，竖向涡激共
17、振振幅；ch桥梁单位长度质量。对变截面桥梁，可取 1/4 跨径处的平均值；对斜拉桥，应计入斜拉索质量m的一半；对悬索桥，应计主缆全部质量；桥梁结构阻尼比；s形状修正系数，对宽度小于 1/4 有效高度，或具有垂直腹板的钝体断面，取为 2；对六边形断d面或宽度大于 1/4 有效高度或具有斜腹板的钝体断面，取为 1；主梁高度，见图 1；H系数，对六边形截面取 0，其他截面取 1；t紊流强度；uI桥面的基准高度；Z桥址处的地表粗糙高度，可按表 1 选取。0zDB32/T XXXX201816BH BH桥 面a) 六边形截面主梁 b) 桁架桥的桥宽及梁高dB除 墙 式 护 栏 外 墙 式 护 栏c) 闭
18、口截面主梁的桥宽及梁高图 1 桥面的宽度和高度7.5.6 实腹式桥梁扭转涡激共振振幅可按下式估算：(40)2tcprsEBI(41)4prI(42)317.6()dsEBH(43)12200ttuI式中，桥梁单位长度质量惯矩，对变截面桥梁，取 1/4 跨径处的平均值；对斜拉桥，应计入斜拉索质pI量的一半；对悬索桥，应计入主缆全部质量；扭转涡激共振振幅；c桥梁结构阻尼比。s7.5.7 涡激共振振幅的允许值可按下述公式计算：1) 竖向涡激共振的振幅应满足下述规定：(44)0.4cabhf式中， 竖向涡激共振的允许振幅。ah2) 扭转涡激共振的振幅应满足下述规定：DB32/T XXXX201817(
19、45)4.56catBf式中， 扭转涡激共振的允许振幅。a7.5.8 拉索有可能会出现参数振动、线性内部共振、涡激共振以及风雨激振等振动，应采取相应的措施控制其振动。8 风致振动控制8.1 一般规定8.1.1 桥梁结构的抗风能力可通过结构措施、气动措施和机械措施予以提高或改善。8.1.2 结构措施是通过增加结构的总体刚度来提高桥梁结构气动稳定性的措施。8.1.3 气动措施是通过选择空气动力稳定性好的断面或较小改变主梁、桥塔、吊杆、拉索的外形或附加气动装置，提高桥梁结构气动稳定性或降低风振响应的措施。8.1.4 机械措施是通过附加阻尼来提高桥梁结构气动稳定性或降低风振响应的措施。8.2 控制措施
20、8.2.1 主梁风致振动控制措施：1) 主梁基本断面的选择应考虑气动稳定性的要求。2) 当主梁的基本断面不能满足气动稳定性要求或者出现不能接受的涡激共振时，可适当修改断面或附加导流板、抑流板、风嘴、分流板和中央稳定板等装置改善空气动力学性能。3) 在满足气动稳定性要求的前提下，可采用机械措施降低涡激共振或抖振响应。8.2.2 桥塔和高墩风致振动控制措施：1) 桥塔驰振稳定性和涡振性能可通过桥塔塔柱断面切角或附加气动装置改善。2) 当气动措施不能满足抗风要求时，可采用阻尼装置或主动控制措施控制桥塔施工过程和成桥后的风致振动。8.2.3 拉索和吊杆风致振动控制措施：1) 拉索的振动可通过设置阻尼装
21、置、辅助缆索或联结器等措施进行控制。2) 防止或降低风雨激振发生可采用附加凸起、卷缠螺旋线、表面加工或改变断面形状等措施。3) 吊杆的振动可采用辅助缆索或联结器联结若干根进行控制。8.3 控制装置技术性能8.3.1 控制装置的设计使用年限不宜小于桥梁结构使用年限，当控制装置设计使用年限小于桥梁结构使用年限时，控制装置达到使用年限时应及时检测，检测应符合相关规程或标准的技术要求(如黏滞流体阻尼器需满足 JT/T 926 的技术要求)，检测后重新确定控制装置后续使用年限或更换。DB32/T XXXX2018188.3.2 控制装置应具有良好的抗疲劳、抗老化性能。8.3.3 控制装置需要考虑防腐、除
22、锈和防火时，应外涂防腐、防锈漆、防火涂料或进行其他相应处理，但不能影响控制装置的正常工作。8.3.4 当采用机械措施时，控制装置应经过减振结构或子结构力学性能试验，验证减振装置的性能和减振效果。控制装置中非减振构件的材料应达到设计强度要求。ADB32/T XXXX201819A B附 录 A（资料性附录）江苏省基本风速值A.1 江苏省主要气象台站 10 年、50 年和 100 年重现期下的基本风速值见表A.1 。A.2 江苏省 100 年重现期下的基本风速分布图如图 A.1 所示。表A.1 江苏省主要气象台站基本风速值风速（m/s ）气象台站所在地10 年一遇 50 年一遇 100 年一遇南京
23、市 20.2 25.6 27.1苏州市 22.1 27.1 28.6吴中 22.2 27.1 28.6淮安市 20.2 25.6 27.1盱眙 20.2 23.9 25.6盐城市 20.2 27.1 30.0射阳 22.1 25.6 27.1东台 22.1 25.6 27.1徐州市 20.2 24.0 25.6南通市 22.1 27.1 28.6启东 23.9 28.6 30.0常州市 20.2 25.6 27.1溧阳 20.2 25.6 27.1泰州市 20.2 25.6 27.1高邮 20.2 25.6 27.1镇江市 22.2 25.6 27.1无锡市 22.1 27.1 28.6连云港
24、市 23.9 30.0 32.6赣榆 22.1 27.1 28.6DB32/T XXXX201820图A.1 江苏省100年一遇基本风速分布图DB32/T XXXX201821B C附 录 B（资料性附录）非平稳风速模型及特征参数B.1 时变平均风速：对于台风、下击暴流等风场可根据实际情况采用非平稳风速模型进行描述。在非平稳风速模型中，基本时距T内的风速被视作时变平均风速与脉动风速的叠加，即(B.1)*()()Uttu式中，时变平均风速；*()Ut非平稳脉动风速。u基于非平稳风速模型，脉动风的特征参数主要包括紊流强度、紊流积分尺度和紊流演变谱密度。B.2 紊流强度：(B.2)* ,()iiIE
25、iuvwUt式中，顺风向( )、横风向( )或竖向( )非平稳紊流强度；*iIiuiviw非平稳脉动风速的均方根；iE在基本时距内取均值。B.3 紊流积分尺度：(B.3)*20()() ,i iiUtLERdiuvw式中，顺风向( )、横风向( )或竖向( )非平稳紊流积分尺度。*iLiuiviw非平稳脉动风速的自相关函数。)iR滞后时间。B.4 紊流演变谱密度：DB32/T XXXX201822(B.4)2(,),()SntAtSn式中，时间与频率调制函数且为关于时间的慢变函数，具体表达见式(B-5)。,Ant基于平稳风速模型的脉动风速功率谱密度，具体表达见式(B-6)。()S(B.5)21
26、(,)()()nzBUAnttt(B.6)2*()1)SnAfuB当缺乏实测风速数据时，可采用Kaimal谱作为平稳脉动风速功率谱密度计算紊流演变谱密度，即、 、 、 。15/320A5BDB32/T XXXX201823C D附 录 C（资料性附录）桥梁气动力参数C.1 三分力系数三分力系数是建立静力风荷载与平均风速之间转换关系的关键参数。在主梁节段模型风洞试验中，当测得主梁阻力、升力和扭矩后，三分力系数通过式(C.1)-(C.3)进行计算。(C.1)20.5HFCU(C.2)2.VB(C.3)20.5MgFCU式中，、 、 分别为阻力系数、升力系数和扭矩系数；HCVM、 、 分别为主梁上测得的阻力、升力与扭矩；F空气密度；U试验风速；主梁高度；主梁宽度。BC.2 气动导纳函数气动导纳函数是描述脉动风速作用在结构上气动力非定常特性的修正系数，包含了所有体现气动力非定常特性的因素。主梁断面的气动导纳函数一般通过风洞试验测得。基于风洞试验，同时测得3个方向的抖振力分量及2个脉动风速分量，通过互功率谱密度法即可有效获得6个气动导纳函数。C.3 颤振导数颤振导数是气动自激力关于不同方向运动位移、速度的变化率，即不同方向发生单位位移和速度引起的气动自激力的变化，表征结构在均匀流场中运动时引起周围流场变化而导致气流反作用到结构上的自激力特性。颤振导数需通过风洞试验或计算流体力学方法获得。_
