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第1章 绪论 1

1.1 桥梁风工程研究的兴起 1

1.2 特大型桥梁的建设热潮 3

1.3 特大型桥梁抗风设计数值化技术 5

1.4 特大型桥梁抗风控制技术 9

本章参考文献 10

第2章 桥梁设计风参数 11

2.1 概述 11

2.2 平均风统计分析与概率描述 11

2.2.1 极值分布参数估计 12

2.2.2 逐步迭代估计法 14

2.2.3 极值分布拟合优化 16

2.2.4 气象站与桥位风速相关性分析方法 19

2.3 脉动风特性与风谱拟合 21

2.3.1 脉动风特性分析 21

2.3.2 近地脉动风特性分析及风谱拟合实例 23

2.3.3 重庆双碑大桥风参数统计分析 28

2.3.4 复杂地貌桥址风环境相关性研究 31

本章参考文献 38

第3章 典型断面桥梁气动参数数据库及抗风性能评价 41

3.1 概述 41

3.2 桥梁气动参数数据库架构 41

3.2.1 主梁气动参数数据库 41

3.2.2 桥塔（墩）气动参数数据库 44

3.3 典型断面桥梁抗风性能数值评价 46

3.3.1 风速计算 47

3.3.2 风荷载计算 48

3.3.3 动力特性计算 49

3.3.4 抗风稳定性验算 49

3.4 马鞍山长江公路大桥抗风性能数值评价示例 52

3.4.1 工程简介 52

3.4.2 桥位边界层风特性 52

3.4.3 颤振稳定性评价 53

3.4.4 静风稳定性评价 54

本章参考文献 55

第4章 桥梁气动参数识别的数值风洞技术 56

4.1 概述 56

4.2 LB方法控制方程及LB并行计算模型 56

4.2.1 Lattice Boltzmann方程 56

4.2.2 D2Q9离散模型 59

4.2.3 LB方法的并行计算过程及并行算法设计 60

4.3 桥梁结构气动参数数值识别的LB方法 62

4.3.1 气动力计算方法 62

4.3.2 特殊边界格式 63

4.3.3 LB湍流松弛时间模型 67

4.3.4 LB动网格气弹模拟模型 71

4.3.5 桥梁结构气动参数的数值识别方法 75

4.4 桥梁结构数值风洞模拟软件研发 78

4.4.1 基于面向对象的LB并行计算软件研发 78

4.4.2 桥梁结构数值风洞模拟软件的计算流场 79

4.4.3 BridgeFluent软件界面及功能 79

4.5 典型钝体绕流数值风洞模拟 82

4.5.1 圆柱绕流数值模拟 82

4.5.2 方柱绕流数值模拟 84

4.6 桥梁结构数值风洞模拟 85

4.6.1 箱形截面梁数值风洞模拟 85

4.6.2 H形截面梁数值风洞模拟 94

4.6.3 分体双箱梁数值风洞模拟 99

4.6.4 桥塔结构数值风洞模拟 108

本章参考文献 111

第5章 桥梁多模态耦合颤振分析的能量法 116

5.1 概述 116

5.2 桥梁多模态耦合颤振分析的运动方程 116

5.2.1 桥梁颤振基本方程 116

5.2.2 结构等效自激节点力列向量的计算 117

5.2.3 系统颤振状态空间方程 120

5.3 桥梁多模态耦合颤振分析的能量方法 121

5.3.1 状态向量精细时程积分 121

5.3.2 系统颤振稳定性的能量判别法 121

5.3.3 全桥三维多模态耦合颤振分析 123

5.3.4 颤振分析中几点策略 123

5.4 桥梁多模态耦合颤振分析的程序开发 124

5.4.1 桥梁三维多模态颤振分析中对非线性效应的考虑 124

5.4.2 主梁单元有效攻角的计算 124

5.4.3 多模态颤振分析的流程图 125

5.5 桥梁多模态耦合颤振分析实例 125

5.5.1 英国塞文桥 126

5.5.2 虎门大桥 129

5.5.3 伶仃洋跨海大桥方案 132

5.6 结论 139

本章参考文献 139

第6章 桥梁多模态耦合抖振内力分析的虚拟激励法 141

6.1 概述 141

6.2 桥梁多模态耦合抖振运动方程 141

6.3 基于虚拟激励法的桥梁多模态耦合抖振内力分析方法 142

6.3.1 保留模态外高频模态拟静力效应的考虑 142

6.3.2 结构抖振内力响应分析的虚拟激励法 143

6.4 桥梁多模态耦合抖振内力分析的程序开发 145

6.4.1 桥梁抖振分析中对非线性效应的考虑 145

6.4.2 主梁单元有效攻角的计算 145

6.4.3 桥梁多模态耦合抖振内力分析的流程图 146

6.5 桥梁多模态耦合抖振内力分析实例 147

6.5.1 西堠门大桥桥塔抖振内力分析 147

6.5.2 青马大桥抖振内力分析 153

本章参考文献 159

第7章 斜风下桥梁抖振时域分析方法 161

7.1 概述 161

7.2 基本假定 161

7.3 斜风下的坐标系及斜片条上的气动力 162

7.3.1 斜风下的坐标系定义 162

7.3.2 结构单元斜片条上的气动力定义 163

7.3.3 坐标系之间的转化矩阵 164

7.3.4 风速分量及方向 166

7.4 抖振响应时域分析方法 166

7.4.1 斜风作用下桥梁运动控制方程 167

7.4.2 斜风作用下抖振力 167

7.4.3 斜风作用下的自激力 171

7.4.4 基于Newmark-β法的抖振运动方程求解 175

7.4.5 斜风作用下桥梁抖振时域分析程序开发 176

7.5 香港青马大桥台风森姆期间实测数据 177

7.5.1 香港青马大桥及WASHMS系统简介 177

7.5.2 台风森姆数据获取及处理 178

7.5.3 台风森姆期间主梁加速度实测数据 179

7.6 香港青马大桥抖振响应分析及实测结果对比 180

7.6.1 桥梁模型 180

7.6.2 主梁斜片条的气动特性 180

7.6.3 等效湍流风速的模拟 182

7.6.4 主梁加速度响应时程对比 185

7.7 小结 188

本章参考文献 188

第8章 桥梁抗风气动控制技术 190

8.1 概述 190

8.2 气动翼板控制桥梁颤振的能量机理 191

8.2.1 作用在主梁和气动翼板上的气弹自激力 191

8.2.2 气流由气动翼板输入系统的能量 193

8.2.3 算例 195

8.3 气动翼板沿桥跨布置的合理模式 197

8.3.1 安装气动翼板的主梁单元气动刚度与阻尼矩阵 197

8.3.2 安装气动翼板的桥梁颤振稳定性分析 198

8.3.3 算例 199

8.4 青州航道桥初步设计方案抗风性能研究 200

8.4.1 桥梁设计方案概况 200

8.4.2 结构动力特性分析 201

8.4.3 原始方案主梁节段模型颤振性能风洞试验结果 201

8.4.4 原始方案主梁节段模型涡振性能风洞试验结果 202

8.4.5 安装气动翼板的主梁节段模型风洞试验研究 203

8.4.6 气动翼板对阻尼的影响分析 204

8.5 坝陵河大桥抗风性能研究 206

8.5.1 桥梁设计方案概况 206

8.5.2 钢析加劲梁抗风设计 207

8.5.3 结构动力特性分析 208

8.5.4 节段模型风洞试验 208

8.5.5 斜风作用下的节段模型风洞试验 210

8.5.6 全桥气弹模型风洞试验 213

8.5.7 极端气候环境下的大桥抗风安全性能 216

8.6 琼州海峡公路桥梁方案抗风性能研究 220

8.6.1 琼州海峡公路桥梁方案及抗风设计风参数 220

8.6.2 结构动力特性分析 221

8.6.3 主梁节段模型风洞试验研究 223

8.6.4 分体式钢箱梁的格栅结构涡振控制机理 227

8.7 主动气动控制翼板研究 228

8.7.1 作用在整个主梁单位长度上的气弹自激力 229

8.7.2 翼板主动扭转振动参数的选取 231

8.7.3 算例 234

本章参考文献 236

索引 239