本书是国家自然科学基金重大研究计划“重大工程的动力灾变”第一阶段“强/台风场以及建筑与桥梁结构风致灾变”项目群中“大跨桥梁抗风”子项目群的五个项目研究成果的总结。全书共10章，包括风荷载空间作用及非线性效应、风\|雨\|结构耦合作用效应、桥梁风致振动细观机理、桥梁构件风致振动效应、风致振动控制方法及原理、桥梁风致灾变过程数值模拟和桥梁风致振动原型监测及验证等。
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序
前言
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
5.4Re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
7.1.3PIV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
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