內(nèi)容簡(jiǎn)介 本書為國(guó)家“九五”重大科研項(xiàng)目以及近年來(lái)作者在橋梁抗風(fēng)研究所取得成果的全面總結(jié)。共分十二章，容包括緒論、近地邊界層風(fēng)特性及其風(fēng)洞模擬技術(shù)、橋梁風(fēng)振理論的精細(xì)化、橋梁構(gòu)件的氣動(dòng)參數(shù)識(shí)別、斜拉橋拉索風(fēng)雨激振及其控制、橋梁顫振機(jī)理及氣動(dòng)控制措施、橋梁風(fēng)振的概率性評(píng)價(jià)與可靠性分析、CFD技術(shù)及其在橋梁氣動(dòng)彈性數(shù)值模擬中的運(yùn)用、斜風(fēng)作用下橋梁抖振響應(yīng)分析與實(shí)測(cè)案例研究、橋梁等效風(fēng)荷載理論、大跨度橋梁的靜風(fēng)穩(wěn)定性、總結(jié)與展望。
本書可供橋梁科研、設(shè)計(jì)及施工人員使用，也可供高等院校高年級(jí)本科生及研究生教學(xué)參考。
第一章 緒論1
第一節(jié) 橋梁風(fēng)毀事件的回顧(1818～1940年)1
第二節(jié) 橋梁抗風(fēng)基礎(chǔ)理論的建立(1940～1980年)3
第三節(jié) 現(xiàn)代橋梁抗風(fēng)理論的發(fā)展(1980～2000年)4
參考文獻(xiàn)6
第二章 近地邊界層風(fēng)特性及其風(fēng)洞模擬技術(shù)7
第一節(jié) 概述7
第二節(jié) 強(qiáng)風(fēng)平均風(fēng)速剖面特性觀測(cè)與分析8
一、引言8
二、大氣風(fēng)廓線儀及其在平均風(fēng)速剖面觀測(cè)中的應(yīng)用8
三、臺(tái)風(fēng)大風(fēng)的風(fēng)速剖面特性9
四、冬季大風(fēng)的風(fēng)速剖面特性12
五、小結(jié)13
第三節(jié) 風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布概型及其在極端風(fēng)速估計(jì)中的應(yīng)用13
一、引言13
二、風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布概型14
三、極端風(fēng)速估計(jì)應(yīng)用19
第四節(jié) 強(qiáng)風(fēng)湍流特性觀測(cè)與分析21
一、引言21
二、強(qiáng)風(fēng)湍流特性兩種分析方法的比較22
三、湍流積分尺度的分析方法24
四、臺(tái)風(fēng)的湍流特性觀測(cè)與分析27
第五節(jié) 大氣邊界層風(fēng)特，陸的風(fēng)洞模擬技術(shù)32
一、引言32
二、大氣邊界層風(fēng)洞模擬技術(shù)33
三、尖劈和粗糙元被動(dòng)式模擬技術(shù)的改進(jìn)36
四、振動(dòng)尖劈主動(dòng)模擬技術(shù)40
第六節(jié) 結(jié)語(yǔ)47
參考文獻(xiàn)47
第三章 橋梁風(fēng)振理論的精細(xì)化50
第一節(jié) 概述50
一、橋梁顫振研究50
二、橋梁抖振研究51
三、精細(xì)化實(shí)踐51
第二節(jié) 顫振頻域分析的精確方法52
一、橋梁顫振理論發(fā)展52
二、多模態(tài)法和全模態(tài)法57
三、顫振算例分析64
第三節(jié) 抖振頻域分析的耦合方法71
一、橋梁抖振理論發(fā)展7l
二、多模態(tài)耦合方法77
三、抖振算例分析80
第四節(jié) 顫抖振時(shí)域分析的增量方法88
一、橋梁風(fēng)振時(shí)域分析發(fā)展88
二、非線性增量方法89
三、顫抖振算例分析97
第五節(jié) 結(jié)語(yǔ)104
參考文獻(xiàn)105
第四章 橋梁構(gòu)件的氣動(dòng)參數(shù)識(shí)別110
第一節(jié) 概述110
第二節(jié) 氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別方法綜述111
一、豎向和扭轉(zhuǎn)氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別111
二、側(cè)向氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別115
三、節(jié)段模型強(qiáng)迫振動(dòng)法116
四、紊流場(chǎng)中的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別118
第三節(jié) 基于節(jié)段模型試驗(yàn)的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別方法12l
一、最小二乘法121
二、耦合自由振動(dòng)測(cè)壓法130
三、特征系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)算法133
四、紊流場(chǎng)氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別的隨機(jī)子空間法135
第四節(jié) 基于拉條模型和全橋氣彈模型試驗(yàn)的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別方法139
一、基本原理139
二、應(yīng)用實(shí)例141
第五節(jié) 橋梁斷面氣動(dòng)導(dǎo)納識(shí)別方法144
一、氣動(dòng)導(dǎo)納及其識(shí)別方法綜述144
二、基于紊流場(chǎng)節(jié)段模型試驗(yàn)的氣動(dòng)導(dǎo)納系統(tǒng)辨識(shí)法148
第六節(jié) 結(jié)語(yǔ)151
參考文獻(xiàn)152
第五章 斜拉橋拉索風(fēng)雨激振及其控制157
第一節(jié) 概述157
第二節(jié) 模擬降雨條件下拉索風(fēng)雨激振試驗(yàn)158
一、風(fēng)洞、模擬降雨裝置及試驗(yàn)工況158
二、風(fēng)雨激振的主要特征及參數(shù)影響159
三、拉索空間姿態(tài)對(duì)上水線位置的影響162
第三節(jié) 拉索模型測(cè)壓和測(cè)力試驗(yàn)163
一、用于測(cè)壓試驗(yàn)的風(fēng)洞設(shè)備和模型163
二、測(cè)壓試驗(yàn)工況165
三、氣動(dòng)力系數(shù)的定義165
四、測(cè)壓試驗(yàn)結(jié)果165
五、二維拉索模型測(cè)力風(fēng)洞試驗(yàn)168
第四節(jié) 拉索風(fēng)雨激振穩(wěn)定性研究169
一、拉索風(fēng)雨激振運(yùn)動(dòng)微分方程169
二、拉索風(fēng)雨激振的穩(wěn)定性判據(jù)171
三、拉索風(fēng)雨激振穩(wěn)定性分析173
四、試驗(yàn)研究174
第五節(jié) 拉索風(fēng)雨激振機(jī)理的一個(gè)新的解釋175
一、理論公式175
二、拉索風(fēng)雨激振的特征與機(jī)制176
三、和試驗(yàn)結(jié)果的比較178
第六節(jié) 斜拉索風(fēng)雨激振控制的氣動(dòng)措施研究178
一、風(fēng)雨激振氣動(dòng)控制措施的試驗(yàn)研究179
二、風(fēng)雨激振氣動(dòng)控制措施的理論研究186
第七節(jié) 機(jī)械阻尼器和輔助索對(duì)拉索風(fēng)雨激振的抑制作用192
一、拉索模擬人工降雨下的機(jī)械阻尼減振作用193
二、機(jī)械阻尼器對(duì)風(fēng)雨激振的抑制作用194
三、輔助索對(duì)風(fēng)雨激振的抑制作用196
第八節(jié) 結(jié)語(yǔ)201
參考文獻(xiàn)201
第六章 橋梁顫振機(jī)理及氣動(dòng)控制措施205
第一節(jié) 概述205
第二節(jié) 二維三自由度耦合顫振分析206
一、二維顫振基本方程207
二、解耦扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)208
三、解耦豎向振動(dòng)效應(yīng)212
四、解耦側(cè)向振動(dòng)效應(yīng)213
五、三自由度耦合振動(dòng)分析214
第三節(jié) 典型斷面顫振形態(tài)及驅(qū)動(dòng)機(jī)理217
一、流線型平板斷面217
二、鈍體矩形斷面221
三、閉口鋼箱梁斷面225
四、分離雙主梁斷面226
五、橋梁斷面顫振機(jī)理227
第四節(jié) 氣動(dòng)措施的顫振控制作用228
一、邊緣風(fēng)嘴措施229
二、中央開(kāi)槽措施231
三、中央穩(wěn)定板措施237
第五節(jié) 結(jié)語(yǔ)241
參考文獻(xiàn)242
第七章 橋梁風(fēng)振的概率性評(píng)價(jià)與可靠性分析246
第一節(jié) 概述246
一、橋梁結(jié)構(gòu)組成246
二、抗風(fēng)設(shè)計(jì)要求247
三、橋梁風(fēng)振分析247
第二節(jié) 風(fēng)振可靠性系統(tǒng)和分析方法248
一、風(fēng)振可靠性系統(tǒng)248
二、風(fēng)振可靠性計(jì)算249
第三節(jié) 顫振穩(wěn)定失效概率性評(píng)價(jià)250
一、橋梁顫振評(píng)價(jià)250
二、顫振穩(wěn)定失效模式253
三、一次二階矩理論255
四、中心點(diǎn)法257
五、驗(yàn)算點(diǎn)法260
六、概率性評(píng)價(jià)算例263
第四節(jié) 抖振安全失效可靠性分析266
一、首次超越失效模式266
二、基于超越時(shí)間方法268
三、基于超越極值方法272
四、抖振可靠性分析步驟274
五、抖振可靠性分析算例277
第五節(jié) 渦振剛度失效概率性評(píng)價(jià)282
一、渦振鎖定風(fēng)速282
二、累計(jì)渦振時(shí)間285
三、首次渦振概率290
第六節(jié) 結(jié)語(yǔ)295
參考文獻(xiàn)295
第八章 CFD技術(shù)及其在橋梁氣動(dòng)彈性數(shù)值模擬中的運(yùn)用297
第一節(jié) 概述297
第二節(jié) 流體動(dòng)力學(xué)的基本理論和計(jì)算方法297
一、流體流動(dòng)的基本方程及湍流的直接模擬298
二、湍流的雷諾時(shí)均模擬299
三、湍流的大渦模擬301
四、流體動(dòng)力學(xué)離散數(shù)值計(jì)算的基本方法301
第三節(jié) 有限單元法計(jì)算二維橋梁斷面的氣動(dòng)彈性問(wèn)題303
一、二維任意變形區(qū)域內(nèi)流體的控制方程303
二、平面剛體運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)流體的控制方程305
三、控制方程的有限單元法求解305
四、橋梁斷面氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)和顫振臨界風(fēng)速的計(jì)算307
第四節(jié) 離散渦方法計(jì)算二維橋梁斷面的氣動(dòng)彈性問(wèn)題312
一、渦方法求解流體與運(yùn)動(dòng)剛性物體動(dòng)力耦合問(wèn)題的控制方程313
二、粘性流體與運(yùn)動(dòng)剛體動(dòng)力耦合問(wèn)題的渦量邊界條件314
三、渦量場(chǎng)的對(duì)流及擴(kuò)散計(jì)算319
四、氣動(dòng)力的計(jì)算321
第五節(jié) 離散渦方法在橋梁氣動(dòng)彈性分析中的運(yùn)用321
一、典型橋梁主梁斷面氣動(dòng)力計(jì)算321
二、CFD技術(shù)在蘇通大橋初步設(shè)計(jì)中的應(yīng)用324
三、穩(wěn)定板提高Ⅱ形板梁顫振臨界風(fēng)速及其機(jī)理分析327
第六節(jié) 結(jié)語(yǔ)336
參考文獻(xiàn)337
第九章 斜風(fēng)作用下橋梁抖振響應(yīng)分析與實(shí)測(cè)案例研究340
第一節(jié) 概述340
第二節(jié) 斜風(fēng)作用下橋梁抖振響應(yīng)分析理論框架342
一、基本假設(shè)342
二、基本步驟342
三、抖振力模型344
四、自激力模型350
五、抖振運(yùn)動(dòng)方程及其求解351
第三節(jié) 青馬大橋及WASHMS系統(tǒng)簡(jiǎn)介355
一、青馬大橋概況355
二、WASHMS系統(tǒng)簡(jiǎn)介356
三、WASHMS風(fēng)速測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理357
第四節(jié) 斜風(fēng)作用下橋梁構(gòu)件截面氣動(dòng)參數(shù)風(fēng)洞試驗(yàn)359
一、主梁截面六分量氣動(dòng)力系數(shù)359
二、橋塔構(gòu)件氣動(dòng)力系數(shù)361
三、橋梁構(gòu)件截面氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)363
第五節(jié) 青馬大橋風(fēng)特性與抖振響應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)365
一、臺(tái)風(fēng)Sam登陸香港前夕的實(shí)測(cè)自然風(fēng)特性365
二、實(shí)測(cè)抖振加速度響應(yīng)368
三、實(shí)測(cè)模態(tài)阻尼比373
第六節(jié) 青馬大橋抖振響應(yīng)分析及與實(shí)測(cè)結(jié)果比較373
一、輸入?yún)?shù)373
二、主梁抖振加速度響應(yīng)376
三、主纜加速度響應(yīng)380
第七節(jié) 結(jié)語(yǔ)383
參考文獻(xiàn)383
第十章 橋梁等效風(fēng)荷載理論387
第一節(jié) 概述387
第二節(jié) 橋梁等效風(fēng)荷載計(jì)算的基本理論和方法388
一、平均風(fēng)荷載390
二、背景響應(yīng)風(fēng)荷載計(jì)算390
三、慣性風(fēng)荷載391
第三節(jié) 實(shí)用的等效風(fēng)荷載計(jì)算方法393
一、等效風(fēng)荷載計(jì)算方法393
二、計(jì)算共振響應(yīng)的準(zhǔn)則394
第四節(jié) 大跨斜拉橋等效風(fēng)荷載簡(jiǎn)化公式395
一、最大單懸臂狀態(tài)396
二、最大雙懸臂狀態(tài)401
三、成橋狀態(tài)等效風(fēng)荷載404
四、不同響應(yīng)簡(jiǎn)化公式405
第五節(jié) 蘇通大橋計(jì)算實(shí)例406
一、基本資料406
二、風(fēng)荷載效應(yīng)分析比較407
第六節(jié) 結(jié)語(yǔ)410
參考文獻(xiàn)411
第十一章 大跨度橋梁的靜風(fēng)穩(wěn)定性413
第一節(jié) 概述413
第二節(jié) 三維非線性空氣靜力穩(wěn)定性分析方法與程序?qū)崿F(xiàn)414
一、靜風(fēng)荷載非線性的計(jì)算方法414
二、結(jié)構(gòu)平衡方程及求解策略415
三、程序?qū)崿F(xiàn)416
第三節(jié) 纜索承重橋梁非線性空氣靜力穩(wěn)定性分析417
一、纜索承重橋梁非線性靜風(fēng)穩(wěn)定性全過(guò)程分析417
二、空氣靜力失穩(wěn)機(jī)理研究419
三、兩種特殊現(xiàn)象的解釋420
四、非線性因素影響及參數(shù)分析422
五、纜索承重橋梁空氣靜力失穩(wěn)與動(dòng)力失穩(wěn)(顫振)的比較分析426
第四節(jié) 靜風(fēng)荷載作用下大跨度鋼拱橋穩(wěn)定性分析426
一、靜風(fēng)荷載作用下大跨度鋼拱橋極限承載力分析426
二、靜風(fēng)荷載作用下大跨度鋼拱橋施工穩(wěn)定性分析433
第五節(jié) 懸索橋非線性空氣靜力穩(wěn)定性實(shí)用方法439
一、引言439
二、大跨徑懸索橋靜風(fēng)扭轉(zhuǎn)發(fā)散的實(shí)用方法440
三、計(jì)算大跨徑懸索橋側(cè)向靜風(fēng)載效應(yīng)的實(shí)用方法442
第六節(jié) 結(jié)語(yǔ)445
參考文獻(xiàn)446
第十二章 總結(jié)與展望448
