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第十二讲 桥梁风荷载定义 ——之第十二讲 桥梁风荷载定义 主讲教师：葛耀君博士．教授 1、风荷载分类 2、风荷载分解 3、等效风荷载组合 4、模态荷载方法 5、动力荷载峰值 6、结构风荷载问题 ?1.风荷载分类 ??1.1按风特性分类 平均风荷载—静风压力 平均风速风 荷载 脉动风速 强迫力荷载—结构振动惯性力自激力荷载—气流与结构相互作用力脉动风荷载—脉动压力 问题：①气流与结构相互作用力忽略不计?(国际首创) ②四个分量荷载是否满足叠加条件? ??1.2 按结构刚度分类 大刚度结构—平均风荷载+脉动风荷载风 荷 载中刚度结构—平均风荷载+脉动风荷载+强迫力荷载 小刚度结构—平均风荷载+自激力荷载+ 脉动风荷载+强迫力荷载 问题：①脉动风荷载能否与强迫力荷载叠加？ ②自激力荷载与强迫力荷载如何叠加？ ?2. 风荷载分解 ??2.1 平均风荷载—静力荷载1y(x)=ρU2B(x)Cy(x)=y0αy0(x)2 1z(x)=ρU2B(x)Cz(x)=z0αz0(x)2 1θ(x)=ρU2B2(x)Cθ(x)=θ0αθ0(x)2 阵风风速：Ug=GuU 111222阵风阻力：FD=ρ(GuU)BCD=ρUBCD+ρU2Gu?1BCD222 1~~22Wy(x)=ρUGu?1B(x)Cy(x)=Wy0αy0(x)2 1~~22Wz(x)=ρUGu?1B(x)Cz(x)=Wz0αz0(x)2 1~~222Wθ(x)=ρUGu?1B(x)Cθ(x)=Wθ0αθ0(x)2??2.2 脉动风荷载—静力荷载()()()() ??2.3 强迫力荷载—动力荷载 ~~~强迫力风荷载：P=Pb+Pr~Pb—背景响应荷载, 主要是脉动风功率谱密度的贡献~Pr—共振响应荷载, 主要是结构自振惯性力的贡献 ~ 1. Pb如何分布？问题：~~ 2. Pb随w是否改变？~ 3. Pr是否一定按振型分布？ ??2.4 自激力荷载—动力荷载 自激力风荷载：=b+r≈rr—共振响应荷载，主要是结构 自振惯性力的贡献问题： 1. r如何确定？ 2. r是否一定按振型分布？风 荷载静力荷载=平均风荷载+脉动风荷载动力荷载=自激力荷载+强迫力荷载 ?3. 等效风荷载组合 ??3.1 等效原理 等效意义—最大动力荷载等效成静力荷载 等效原则—振型峰值截面的最大位移或最大内力等效??3.2 自激力荷载等效 y(x)= z(x)= θ(x)=∑∑nnnyiαziα θiαyi(x)(x)(x)i=1zii=1∑θi i=1 ??3.3 强迫力荷载等效 ~Py(x)=~Pz(x)=~Pθ(x)=∑∑nnn~Pyiα~Pziα~Pθiαyi(x)(x)(x)i=1zii=1∑θi i=1 ??3.4 等效风荷载表述 z(1) 大刚度结构——U=Ud ~Wy(x)=y0αy0(x)+Wy0αy0(x)~Wz(x)=z0αy0(x)+Wz0αy0(x)~Wθ(x)=θ0αy0(x)+Wθ0αy0(x) ?? 3.4 等效风荷载表述(续)z(2) 中刚度结构——U=Ud ~~ Wy(x)=y0αy0(x)+Wy0αy0(x)±∑riPyiαyi(x) i=1 n ~~ Wz(x)=z0αz0(x)+Wz0αz0(x)±∑riPziαyi(x) i=1 n ~~ Wθ(x)=θ0αθ0(x)?Wθ0αθ0(x)±∑riPθiαθi(x) i=1 n z (3) 小刚度结构——U=Ulock-in i=1 n ~ Wy(x)=y0αy0(x)+Wy0αy0(x)±∑riyiαyi(x) ~ Wz(x)=z0αz0(x)+Wz0αz0(x)±∑riziαzi(x) i=1 n ~ Wθ(x)=θ0αθ0(x)+Wθ0αθ0(x)±∑riθiαθi(x) i=1 n ?4. 模态荷载方法??4.1 荷载组合系数 目的—不是所有模态都达到峰值。UWO方法: