重大工程的动力灾变学术著作丛书 大跨桥梁的风致灾变PDF电子书下载

第1章 概述 1

1.1 研究范围 1

1.2 研究背景 2

1.3 关键效应及机理研究现状 4

1.3.1 风荷载空间作用及非线性效应 4

1.3.2 风-雨-结构耦合作用效应 6

1.3.3 桥梁风致振动细观机理 9

1.4 基本理论及控制研究现状 10

1.4.1 基本理论发展演变 10

1.4.2 精细化理论和方法 12

1.4.3 经典理论框架及局限性 18

1.5 原型观测及验证研究现状 20

1.5.1 桥位风场的原型观测与分析 20

1.5.2 结构效应的原型观测与分析 21

参考文献 24

第2章 大跨桥梁抗风 33

2.1 关键科学问题 33

2.2 科学研究目标 34

2.3 研究项目及内容 36

2.3.1 超大跨度桥梁风致灾变关键效应与过程控制 36

2.3.2 柔性桥梁风致振动与控制的现代理论体系研究 37

2.3.3 大跨度桥梁结构风致动力灾变的原型观测与验证 39

2.3.4 大跨度桥梁斜拉索风雨多相介质耦合振动的精细化研究 43

2.3.5 大跨度桥梁非线性自激气动力及非线性颤振研究 44

参考文献 44

第3章 风荷载空间作用及非线性效应 46

3.1 风荷载空间相关性试验研究 46

3.1.1 被动紊流发生试验 46

3.1.2 主动控制紊流试验 53

3.2 多风扇主动紊流抖振力非线性效应 57

3.2.1 紊流强度与积分尺度影响 57

3.2.2 积分尺度识别修正及验证 65

3.2.3 积分尺度的桥梁抖振效应 70

3.3 大振幅强迫振动自激力非线性效应 78

3.3.1 扭转振动自激力时程和频谱 78

3.3.2 竖向振动自激力时程和频谱 82

3.3.3 高次谐波的非线性变化规律 83

3.3.4 非线性自激力的迟滞效应 84

3.3.5 流线型箱梁的颤振后状态 88

3.4 紊流对桥梁颤振影响 89

3.4.1 对自激力及颤振导数的影响 93

3.4.2 对自激力空间相关性的影响 102

参考文献 111

第4章 风-雨-结构耦合作用效应 113

4.1 风速与雨强联合分布概率 113

4.1.1 极值概率分布 114

4.1.2 Copula函数 115

4.1.3 Copula函数的相关性 116

4.2 高精度人工降雨条件及风雨作用效应 118

4.2.1 高精度人工降雨装置 118

4.2.2 降雨特性的统计特征 123

4.2.3 典型断面风-雨定常力 126

4.2.4 典型断面风-雨非定常力 128

4.3 斜拉索风雨激振试验及数值模拟 133

4.3.1 斜拉索风雨激振试验 133

4.3.2 水膜形态的数值模拟 137

4.3.3 水膜形态的试验测量 144

4.3.4 斜拉索风雨激振模拟 151

参考文献 155

第5章 桥梁风致振动细观机理 157

5.1 颤振绕流特征的PIV定量分析 157

5.2 涡振绕流特征的PIV定量分析 162

5.2.1 扁平闭口箱梁断面 162

5.2.2 分体式双箱梁断面 166

5.3 旋涡与自激力非定常演化规律 177

5.3.1 典型桥梁断面颤振流场作用机制 177

5.3.2 典型桥梁断面颤振表面压力特征 186

5.4 Re效应数值模拟和风洞试验 194

5.4.1 确定性涡方法的数值模拟 194

5.4.2 不同尺度模型的风洞试验 206

参考文献 208

第6章 附属构件风致振动效应 210

6.1 拱桥H形吊杆风振稳定性 210

6.1.1 节段模型气动稳定性 211

6.1.2 气弹模型气动稳定性 223

6.1.3 气动稳定性影响参数 227

6.1.4 基于气动稳定性设计 229

6.2 斜拉索高阶振型涡激振动 232

6.2.1 涡激振动数值模拟 232

6.2.2 涡激振动风洞试验 245

参考文献 247

第7章 风致振动控制方法及原理 248

7.1 主梁颤振的中央稳定板控制 248

7.1.1 颤振导数试验识别比较 248

7.1.2 断面绕流数值模拟比较 254

7.1.3 PIV流迹显示验证和比较 260

7.2 斜拉索风振的磁流变阻尼控制 266

7.2.1 磁流变阻尼器试验验证 266

7.2.2 磁流变阻尼器控制原理 268

7.2.3 常电流被动磁流变阻尼器 277

7.2.4 变电流半主动磁流变阻尼器 281

7.3 斜拉索涡振的主动吸气控制 282

7.3.1 节段模型涡振主动吸气控制 282

7.3.2 气弹模型多阶模态涡振TMD控制 284

7.4 斜拉索风雨振的自适应模糊控制 285

7.4.1 风雨振两自由度模型 285

7.4.2 自适应模糊控制理论 288

7.4.3 控制效果数值仿真 289

参考文献 292

第8章 桥梁风致灾变过程数值模拟 293

8.1 ANSYS三维桥梁颤振分析 293

8.1.1 自激气动力ANSYS模拟 293

8.1.2 颤振分析的ANSYS实现 296

8.1.3 ANSYS桥梁颤振算例 297

8.2 斜拉索气动力对颤振的影响 301

8.2.1 拉索定常气动力模型 301

8.2.2 拉索非定常气动力模型 304

8.2.3 拉索气动力影响算例 313

8.3 桥梁风致灾变全过程分析 324

8.3.1 良态和台风模式风荷载 325

8.3.2 风致灾变全过程模拟 330

8.3.3 风致灾变全过程响应 340

参考文献 350

第9章 桥梁风致振动原型监测及验证 352

9.1 桥梁风致振动原型监测 352

9.1.1 悬索桥风振原型监测系统 352

9.1.2 斜拉桥风振原型监测系统 354

9.2 风振信号采集和数据恢复 355

9.2.1 风振信号压缩采样方法 355

9.2.2 无线监测数据恢复方法 357

9.3 原型监测数据处理和结果分析 359

9.3.1 斜拉索多阶模态涡激振动 359

9.3.2 分体式加劲梁涡激振动 360

9.3.3 分体式加劲梁抖振响应 364

9.4 基于原型监测的混合子结构方法 367

9.4.1 物理试验与数值模拟混合方法 367

9.4.2 圆柱与分体箱梁涡激振动计算 367

参考文献 370

第10章 总结与展望 371

10.1 主要研究结论 371

10.1.1 风荷载空间作用及非线性效应 371

10.1.2 风-雨-结构耦合作用效应 374

10.1.3 桥梁风致振动细观机理 375

10.1.4 桥梁构件风致振动效应 377

10.1.5 风致振动控制方法及原理 378

10.1.6 桥梁风致灾变过程数值模拟 380

10.1.7 桥梁风致振动原型监测及验证 380

10.2 重要研究进展 382

10.3 未来研究展望 387

参考文献 390