内容简介 本书为国家“九五”重大科研项目以及近年来作者在桥梁抗风研究所取得成果的全面总结。共分十二章，容包括绪论、近地边界层风特性及其风洞模拟技术、桥梁风振理论的精细化、桥梁构件的气动参数识别、斜拉桥拉索风雨激振及其控制、桥梁颤振机理及气动控制措施、桥梁风振的概率性评价与可靠性分析、CFD技术及其在桥梁气动弹性数值模拟中的运用、斜风作用下桥梁抖振响应分析与实测案例研究、桥梁等效风荷载理论、大跨度桥梁的静风稳定性、总结与展望。
本书可供桥梁科研、设计及施工人员使用，也可供高等院校高年级本科生及研究生教学参考。
第一章 绪论1
第一节 桥梁风毁事件的回顾(1818～1940年)1
第二节 桥梁抗风基础理论的建立(1940～1980年)3
第三节 现代桥梁抗风理论的发展(1980～2000年)4
参考文献6
第二章 近地边界层风特性及其风洞模拟技术7
第一节 概述7
第二节 强风平均风速剖面特性观测与分析8
一、引言8
二、大气风廓线仪及其在平均风速剖面观测中的应用8
三、台风大风的风速剖面特性9
四、冬季大风的风速剖面特性12
五、小结13
第三节 风速风向联合分布概型及其在极端风速估计中的应用13
一、引言13
二、风速风向联合分布概型14
三、极端风速估计应用19
第四节 强风湍流特性观测与分析21
一、引言21
二、强风湍流特性两种分析方法的比较22
三、湍流积分尺度的分析方法24
四、台风的湍流特性观测与分析27
第五节 大气边界层风特，陆的风洞模拟技术32
一、引言32
二、大气边界层风洞模拟技术33
三、尖劈和粗糙元被动式模拟技术的改进36
四、振动尖劈主动模拟技术40
第六节 结语47
参考文献47
第三章 桥梁风振理论的精细化50
第一节 概述50
一、桥梁颤振研究50
二、桥梁抖振研究51
三、精细化实践51
第二节 颤振频域分析的精确方法52
一、桥梁颤振理论发展52
二、多模态法和全模态法57
三、颤振算例分析64
第三节 抖振频域分析的耦合方法71
一、桥梁抖振理论发展7l
二、多模态耦合方法77
三、抖振算例分析80
第四节 颤抖振时域分析的增量方法88
一、桥梁风振时域分析发展88
二、非线性增量方法89
三、颤抖振算例分析97
第五节 结语104
参考文献105
第四章 桥梁构件的气动参数识别110
第一节 概述110
第二节 气动导数识别方法综述111
一、竖向和扭转气动导数识别111
二、侧向气动导数识别115
三、节段模型强迫振动法116
四、紊流场中的气动导数识别118
第三节 基于节段模型试验的气动导数识别方法12l
一、最小二乘法121
二、耦合自由振动测压法130
三、特征系统现实算法133
四、紊流场气动导数识别的随机子空间法135
第四节 基于拉条模型和全桥气弹模型试验的气动导数识别方法139
一、基本原理139
二、应用实例141
第五节 桥梁断面气动导纳识别方法144
一、气动导纳及其识别方法综述144
二、基于紊流场节段模型试验的气动导纳系统辨识法148
第六节 结语151
参考文献152
第五章 斜拉桥拉索风雨激振及其控制157
第一节 概述157
第二节 模拟降雨条件下拉索风雨激振试验158
一、风洞、模拟降雨装置及试验工况158
二、风雨激振的主要特征及参数影响159
三、拉索空间姿态对上水线位置的影响162
第三节 拉索模型测压和测力试验163
一、用于测压试验的风洞设备和模型163
二、测压试验工况165
三、气动力系数的定义165
四、测压试验结果165
五、二维拉索模型测力风洞试验168
第四节 拉索风雨激振稳定性研究169
一、拉索风雨激振运动微分方程169
二、拉索风雨激振的稳定性判据171
三、拉索风雨激振稳定性分析173
四、试验研究174
第五节 拉索风雨激振机理的一个新的解释175
一、理论公式175
二、拉索风雨激振的特征与机制176
三、和试验结果的比较178
第六节 斜拉索风雨激振控制的气动措施研究178
一、风雨激振气动控制措施的试验研究179
二、风雨激振气动控制措施的理论研究186
第七节 机械阻尼器和辅助索对拉索风雨激振的抑制作用192
一、拉索模拟人工降雨下的机械阻尼减振作用193
二、机械阻尼器对风雨激振的抑制作用194
三、辅助索对风雨激振的抑制作用196
第八节 结语201
参考文献201
第六章 桥梁颤振机理及气动控制措施205
第一节 概述205
第二节 二维三自由度耦合颤振分析206
一、二维颤振基本方程207
二、解耦扭转振动效应208
三、解耦竖向振动效应212
四、解耦侧向振动效应213
五、三自由度耦合振动分析214
第三节 典型断面颤振形态及驱动机理217
一、流线型平板断面217
二、钝体矩形断面221
三、闭口钢箱梁断面225
四、分离双主梁断面226
五、桥梁断面颤振机理227
第四节 气动措施的颤振控制作用228
一、边缘风嘴措施229
二、中央开槽措施231
三、中央稳定板措施237
第五节 结语241
参考文献242
第七章 桥梁风振的概率性评价与可靠性分析246
第一节 概述246
一、桥梁结构组成246
二、抗风设计要求247
三、桥梁风振分析247
第二节 风振可靠性系统和分析方法248
一、风振可靠性系统248
二、风振可靠性计算249
第三节 颤振稳定失效概率性评价250
一、桥梁颤振评价250
二、颤振稳定失效模式253
三、一次二阶矩理论255
四、中心点法257
五、验算点法260
六、概率性评价算例263
第四节 抖振安全失效可靠性分析266
一、首次超越失效模式266
二、基于超越时间方法268
三、基于超越极值方法272
四、抖振可靠性分析步骤274
五、抖振可靠性分析算例277
第五节 涡振刚度失效概率性评价282
一、涡振锁定风速282
二、累计涡振时间285
三、首次涡振概率290
第六节 结语295
参考文献295
第八章 CFD技术及其在桥梁气动弹性数值模拟中的运用297
第一节 概述297
第二节 流体动力学的基本理论和计算方法297
一、流体流动的基本方程及湍流的直接模拟298
二、湍流的雷诺时均模拟299
三、湍流的大涡模拟301
四、流体动力学离散数值计算的基本方法301
第三节 有限单元法计算二维桥梁断面的气动弹性问题303
一、二维任意变形区域内流体的控制方程303
二、平面刚体运动区域内流体的控制方程305
三、控制方程的有限单元法求解305
四、桥梁断面气动导数和颤振临界风速的计算307
第四节 离散涡方法计算二维桥梁断面的气动弹性问题312
一、涡方法求解流体与运动刚性物体动力耦合问题的控制方程313
二、粘性流体与运动刚体动力耦合问题的涡量边界条件314
三、涡量场的对流及扩散计算319
四、气动力的计算321
第五节 离散涡方法在桥梁气动弹性分析中的运用321
一、典型桥梁主梁断面气动力计算321
二、CFD技术在苏通大桥初步设计中的应用324
三、稳定板提高Ⅱ形板梁颤振临界风速及其机理分析327
第六节 结语336
参考文献337
第九章 斜风作用下桥梁抖振响应分析与实测案例研究340
第一节 概述340
第二节 斜风作用下桥梁抖振响应分析理论框架342
一、基本假设342
二、基本步骤342
三、抖振力模型344
四、自激力模型350
五、抖振运动方程及其求解351
第三节 青马大桥及WASHMS系统简介355
一、青马大桥概况355
二、WASHMS系统简介356
三、WASHMS风速测量数据预处理357
第四节 斜风作用下桥梁构件截面气动参数风洞试验359
一、主梁截面六分量气动力系数359
二、桥塔构件气动力系数361
三、桥梁构件截面气动导数363
第五节 青马大桥风特性与抖振响应现场实测365
一、台风Sam登陆香港前夕的实测自然风特性365
二、实测抖振加速度响应368
三、实测模态阻尼比373
第六节 青马大桥抖振响应分析及与实测结果比较373
一、输入参数373
二、主梁抖振加速度响应376
三、主缆加速度响应380
第七节 结语383
参考文献383
第十章 桥梁等效风荷载理论387
第一节 概述387
第二节 桥梁等效风荷载计算的基本理论和方法388
一、平均风荷载390
二、背景响应风荷载计算390
三、惯性风荷载391
第三节 实用的等效风荷载计算方法393
一、等效风荷载计算方法393
二、计算共振响应的准则394
第四节 大跨斜拉桥等效风荷载简化公式395
一、最大单悬臂状态396
二、最大双悬臂状态401
三、成桥状态等效风荷载404
四、不同响应简化公式405
第五节 苏通大桥计算实例406
一、基本资料406
二、风荷载效应分析比较407
第六节 结语410
参考文献411
第十一章 大跨度桥梁的静风稳定性413
第一节 概述413
第二节 三维非线性空气静力稳定性分析方法与程序实现414
一、静风荷载非线性的计算方法414
二、结构平衡方程及求解策略415
三、程序实现416
第三节 缆索承重桥梁非线性空气静力稳定性分析417
一、缆索承重桥梁非线性静风稳定性全过程分析417
二、空气静力失稳机理研究419
三、两种特殊现象的解释420
四、非线性因素影响及参数分析422
五、缆索承重桥梁空气静力失稳与动力失稳(颤振)的比较分析426
第四节 静风荷载作用下大跨度钢拱桥稳定性分析426
一、静风荷载作用下大跨度钢拱桥极限承载力分析426
二、静风荷载作用下大跨度钢拱桥施工稳定性分析433
第五节 悬索桥非线性空气静力稳定性实用方法439
一、引言439
二、大跨径悬索桥静风扭转发散的实用方法440
三、计算大跨径悬索桥侧向静风载效应的实用方法442
第六节 结语445
参考文献446
第十二章 总结与展望448