大跨度桥梁拉索风效应与流动控制9787030746979
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作者陈文礼
出版社科学
ISBN9787030746979
出版时间2023-06
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货号31907826
上书时间2024-07-28
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第1章 大跨度缆索承重桥梁拉索风致振动1
1.1 引言1
1.2 大跨度桥梁概述1
1.2.1 斜拉桥1
1.2.2 悬索桥2
1.3 拉索风振3
1.3.1 涡激振动3
1.3.2 驰振与尾流驰振5
1.3.3 风雨激振7
1.3.4 抖振8
1.4 拉索风振控制8
1.4.1 机械措施9
1.4.2 气动措施14
1.4.3 结构措施16
1.5 小结17
参考文献17
第2章 流体力学基础19
2.1 引言19
2.2 无黏流体力学19
2.2.1 理想流体19
2.2.2 流场描述与涡量、环量19
2.2.3 无旋流与速度势21
2.3 黏性流体动力学22
2.3.1 流体的黏性22
2.3.2 牛顿流体与非牛顿流体23
2.3.3 流体边界层23
2.4 流体力学基本方程25
2.4.1 雷诺输运方程25
2.4.2 流体动力学积分型控制方程27
2.4.3 流体动力学微分型控制方程29
2.4.4 黏性流体本构方程32
2.4.5 纳维-斯托克斯方程35
2.5 湍流流动简介36
2.5.1 湍流的概念与特性36
2.5.2 转捩过程37
2.5.3 层流稳定性与奥尔-索末菲方程37
2.5.4 湍流连续方程与雷诺方程39
2.6 相似律与无量纲参数41
2.6.1 相似律41
2.6.2 无量纲参数42
2.7 小结43
参考文献43
第3章 风环境与风荷载44
3.1 引言44
3.2 大气环流及大气边界层44
3.2.1 风的成因44
3.2.2 风力等级46
3.2.3 大气边界层47
3.3 近地风特性48
3.3.1 平均风特性48
3.3.2 脉动风特性51
3.4 钝体绕流与风荷载54
3.4.1 边界层的形成54
3.4.2 边界层的分离与再附54
3.4.3 雷诺数效应56
3.4.4 静力风荷载的三分力系数57
3.5 小结58
参考文献59
第4章 大跨度桥梁斜拉索多模态涡激振动60
4.1 引言60
4.2 斜拉索多模态涡激振动的CFD数值模拟研究61
4.2.1 数值计算模型61
4.2.2 斜拉索涡激振动的时频特性66
4.2.3 斜拉索涡激振动的气动力特性分析69
4.2.4 斜拉索涡激振动的尾流特性分析70
4.3 斜拉索多模态涡激振动的风洞试验研究74
4.3.1 风洞试验模型74
4.3.2 斜拉索单模态涡激振动76
4.3.3 斜拉索多模态涡激振动83
4.4 斜拉索多模态涡激振动的现场监测92
4.4.1 国内某大跨度斜拉桥斜拉索风与风效应健康监测系统92
4.4.2 斜拉索风致振动特征93
4.4.3 斜拉索振动特征与来流风特征的关系95
4.5 小结101
参考文献101
第5章 大跨度桥梁斜拉索风雨激振103
5.1 引言103
5.2 风雨激振水线几何动力特征及其与拉索同频共振机理105
5.2.1 斜拉索风雨激振水线的超声波测量105
5.2.2 基于同频共振的拉索风雨激振水线运动方程108
5.3 斜拉索风雨激振绕流场特征及其气-液-固三相同频耦合机理113
5.3.1 风雨激振试验模型与工况113
5.3.2 风洞试验结果114
5.3.3 斜拉索风雨激振尾流场特征120
5.3.4 斜拉索风雨激振气-液-固三相耦合共振机理123
5.4 斜拉索多模态风雨激振特征及其机理124
5.4.1 斜拉索多模态风雨激振的试验布置124
5.4.2 斜拉索多模态风雨激振的振动特性127
5.4.3 基于计算机视觉识别的风雨激振水线三维几何特征和运动规律132
5.4.4 斜拉索风雨激振的尾流特征与激振机理：分离泡破碎139
5.5 斜拉索风雨激振CFD数值模拟子结构方法144
5.5.1 CFD数值模拟子结构方法144
5.5.2 斜拉索风雨激振的三维CFD数值模拟子结构方法145
5.6 某大桥1斜拉索风雨激振的现场监测156
5.6.1 台风作用下桥址风场特性分析156
5.6.2 台风作用下斜拉索风致振动响应特征和机理分析157
5.7 某大桥2斜拉索风雨激振的现场监测160
5.7.1 斜拉索振动特性分析160
5.7.2 斜拉索振动风况分析164
5.8 小结166
参考文献167
第6章 悬索桥桥塔尾流区吊索风致振动169
6.1 引言169
6.2 桥塔尾流区吊索风致振动特征研究170
6.2.1 试验模型及布置170
6.2.2 桥塔尾流区内吊索大幅度风致振动机理172
6.2.3 桥塔尾流特征及吊索振动响应174
6.3 桥塔尾流区吊索风致振动与碰撞机理研究183
6.3.1 CFD计算模型183
6.3.2 桥塔尾流场分析185
6.3.3 吊索运动及碰撞分析187
6.4 桥塔尾流区三维吊索尾流致振动192
6.4.1 吊索控制方程192
6.4.2 桥塔尾流区三维吊索气动力196
6.4.3 桥塔尾流区三维吊索风振算例196
6.4.4 小结200
6.5 工程应用——某大桥桥塔尾流致吊索振动分析200
6.5.1 季风下桥塔区吊索振动特性分析200
6.5.2 台风下桥塔区吊索振动特性分析205
6.6 小结208
参考文献209
第7章 柔性索结构流动控制210
7.1 引言210
7.2 主动吸吹气流动控制211
7.2.1 主动吸气控制211
7.2.2 主动吸吹气控制219
7.3 被动吸吹气流动控制224
7.3.1 中央开槽控制224
7.3.2 被动吸吹气套环控制233
7.3.3 被动吸吹气控制工程应用250
7.4 非一致表面流动控制255
7.4.1 海豹胡须仿生非一致表面拉索255
7.4.2 螺旋形表面拉索267
7.5 小结272
参考文献273
内容摘要
大跨度缆索承重桥梁的柔性索结构（悬索桥吊索、斜拉桥斜拉索等）因刚度小、阻尼低，易发生复杂风致振动，影响桥梁服役性能和运营安全。因此，探索柔性索结构复杂风致振动的动力特征与机理以及发展适应工程应用的有效控制方法，具有重要的科学意义和工程应用价值。本书综合采用风洞试验、计算流体力学数值模拟、理论建模、现场监测等方法，系统研究了大跨度桥梁斜拉索多模态涡激振动、大跨度桥梁斜拉索风雨激振以及悬索桥桥塔尾流区吊索风致振动，提出主动、被动流动控制方法来抑制柔性索结构的复杂风致振动。
本书可供桥梁工程、风工程等领域的科研、设计和施工人员参考，也可供高等院校土木工程、风工程、航空工程、船舶与海洋工程等相关专业的教师和研究生阅读。
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