重大建筑與橋梁強：臺風災變

目錄
前言
第1章概述1
1.1重大建筑與橋梁1
1.1.1超大跨橋梁需求1
1.1.2超高層建筑需求2
1.1.3超大空間結構需求3
1.2強/臺風災變研究4
1.2.1強/臺風致災模型5
1.2.2登陸臺風非平穩(wěn)和非定常特性6
1.2.3重大建筑與橋梁災變機理和控制6
1.2.4重大建筑與橋梁風效應全過程精細化模擬7
1.2.5重大建筑與橋梁風振多尺度模擬與驗證8
1.3研究現(xiàn)狀與展望8
1.3.1強/臺風邊界層風場時空特性、效應模擬與預測模型9
1.3.2登陸臺風非平穩(wěn)、非定常結構氣動力特性與數(shù)學模型10
1.3.3重大建筑與橋梁風致災變機理、控制措施與原理12
1.3.4重大建筑與橋梁風效應全過程精細化數(shù)值模擬與可視化15
1.3.5重大建筑與橋梁風致振動多尺度物理模擬與驗證16
1.4科學意義與作用17
參考文獻18
第2章集成研究23
2.1關鍵科學問題23
2.2科學研究內(nèi)容25
2.2.1強/臺風風場時空特性數(shù)據(jù)庫和模擬模型26
2.2.2非平穩(wěn)、非定常氣動力模型與識別26
2.2.3三維氣動力CFD數(shù)值識別與高雷諾數(shù)效應27
2.2.4結構風效應全過程精細化數(shù)值模擬28
2.2.5結構風致振動多尺度模擬與實測驗證29
2.2.6結構風致災變機理與控制措施30
2.3科學研究目標31
2.3.1強/臺風風場時空特性數(shù)據(jù)庫和模擬模型32
2.3.2結構氣動力數(shù)學模型與識別32
2.3.3三維氣動力CFD數(shù)值識別與高雷諾數(shù)效應32
2.3.4結構風效應全過程精細化數(shù)值模擬32
2.3.5結構風致振動多尺度模擬與實測驗證33
2.3.6結構風致災變機理與控制措施33
2.4課題設置情況33
第3章強/臺風風場時空特性數(shù)據(jù)庫和模擬模型35
3.1強/臺風風場三維時空特性分析35
3.1.1《臺風渦旋測風數(shù)據(jù)判別規(guī)范》36
3.1.2臺風風況三維時空特性分析38
3.2強/臺風風場時空特性數(shù)據(jù)庫57
3.2.1登陸臺風實地實測數(shù)據(jù)庫58
3.2.2臺風數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)59
3.3強/臺風風場時空效應數(shù)值模擬61
3.3.1臺風過程風速的隨機數(shù)值模擬61
3.3.2臺風眼壁強風關鍵風工程參數(shù)的數(shù)學擬合85
3.3.3臺風脈動風速譜模型93
參考文獻122
第4章臺風氣候結構抗風設計風速數(shù)值模擬124
4.1隨機臺風模型與數(shù)值模擬分析124
4.1.1臺風風場解析模型124
4.1.2臺風風場關鍵參數(shù)取值125
4.1.3臺風數(shù)值模型的實測驗證127
4.2中國沿海受臺風影響地區(qū)風速分布131
4.2.1臺風影響統(tǒng)計131
4.2.2臺風氣候模式風速分布特征131
4.3基于工程應用的強/臺風風場精細化預測模型134
4.3.1工程臺風風場精細化模擬134
4.3.2工程臺風風場精細化預測模型的建立135
4.3.3歷史臺風個例模擬137
4.3.4目標臺風路徑模擬140
4.3.5目標臺風強度模擬141
4.3.6精細風場動力降尺度142
4.3.7基于實測數(shù)據(jù)的同步訂正技術145
參考文獻150
第5章非平穩(wěn)和非定常氣動力模型與識別151
5.1典型橋梁斷面抖振力和渦激力理論模型151
5.1.1非定常抖振力模型及其空間相關性151
5.1.2非線性渦激力模型及其參數(shù)識別方法161
5.1.3高紊流和非平穩(wěn)氣動靜力作用效應168
5.2超高層建筑風力、氣動阻尼和風致響應及等效靜力風荷載169
5.2.1建筑表面風壓和氣動阻尼及等效靜力風荷載170
5.2.2建筑模型風洞試驗的阻塞效應和雷諾數(shù)效應180
5.3大跨度屋蓋結構風荷載雷諾數(shù)效應及其敏感性187
5.3.1曲面屋蓋結構的雷諾數(shù)效應187
5.3.2大跨空間結構設計風荷載概率性方法196
參考文獻209
第6章三維氣動力CFD數(shù)值識別與高雷諾數(shù)效應211
6.1典型橋梁斷面三維氣動力模型參數(shù)的數(shù)值識別211
6.1.1二維和三維橋梁氣動力CFD數(shù)值識別211
6.1.2高雷諾數(shù)效應的物理和數(shù)值模擬229
6.1.3斜拉橋拉索風雨振多尺度數(shù)值模擬242
6.2邊界層風場及超高層建筑風效應的數(shù)值模擬250
6.2.1超高層建筑風荷載及氣彈效應的數(shù)值模擬251
6.2.2大渦模擬中的入口湍流風場生成方法254
6.2.3超高層建筑龍卷風效應的數(shù)值模擬255
6.3薄膜結構流固耦合振動全過程數(shù)值模擬255
6.3.1膜結構流固耦合全過程精細化數(shù)值模擬256
6.3.2ETFE氣枕式膜結構流固耦合特性274
參考文獻292
第7章結構風效應全過程精細化數(shù)值模擬294
7.1超大跨橋梁風速全過程響應的數(shù)值模擬平臺294
7.1.1橋梁結構風致振動精細化數(shù)值模擬294
7.1.2橋梁結構靜風穩(wěn)定與風致振動耦合數(shù)值分析314
7.2考慮非定常風荷載和氣彈效應的超高層建筑數(shù)值模擬平臺332
7.2.1超高層建筑抗風模擬軟件332
7.2.2非定常風荷載和氣彈效應數(shù)值模擬333
7.3大跨度屋蓋結構抗風的數(shù)值模擬平臺341
參考文獻348
第8章結構風致振動多尺度模擬與實測驗證350
8.1超大跨橋梁風致振動多尺度模擬與驗證350
8.1.1橋梁結構風致振動多尺度物理模擬與實測驗證350
8.1.2基于機器學習算法的大跨度橋梁風致振動實測特征識別355
8.2超高層建筑風致行為多尺度模擬與驗證358
8.2.1強風作用下超高層建筑風致響應的現(xiàn)場實測與驗證359
8.2.2超高層建筑結構動力特性的現(xiàn)場實測與驗證372
8.2.3超高層建筑風效應的風洞試驗與現(xiàn)場實測驗證375
8.2.4現(xiàn)場實測方法與實測數(shù)據(jù)處理方法380
8.2.5臺風登陸過程追風房實測研究386
8.3超大空間結構風致振動多尺度模擬與驗證387
8.3.1大跨度屋蓋風效應的現(xiàn)場實測與驗證388
8.3.2開敞式傘形膜結構風效應的現(xiàn)場實測401
參考文獻412
第9章結構風致災變機理與控制措施414
9.1橋梁結構風致災變氣動控制措施與原理415
9.1.1加勁梁顫振災變與主動控制415
9.1.2加勁梁顫振及渦激共振的被動氣動控制423
9.2懸索橋多階模態(tài)渦激共振與控制431
9.2.1懸索橋加勁梁多階模態(tài)渦振試驗研究431
9.2.2懸索橋加勁梁高階模態(tài)渦振的MTMD控制434
9.3橋梁吊索風致振動及其控制438
9.3.1超長吊索尾流馳振減振措施438
9.3.2拱橋剛性吊桿減振措施448
9.3.3懸索橋橋塔尾流致吊索大幅度風致振動453
9.4懸索橋分離式雙箱梁渦激振動細觀機理462
9.4.1節(jié)段模型風洞試驗462
9.4.2渦激振動特征465
9.4.3渦激振動旋渦脫落特征469
9.4.4渦激振動細觀機理472
9.5鈍體結構風振的被動吹氣流動控制472
9.5.1風洞試驗473
9.5.2數(shù)值模擬478
9.5.3氣孔數(shù)量的控制效果483
9.6超高層建筑風載優(yōu)化的風洞試驗研究488
9.7張拉膜結構氣彈失穩(wěn)機理研究494
9.7.1膜結構氣彈模型風洞試驗494
9.7.2張拉膜結構氣彈失穩(wěn)機理分析502
9.7.3考慮氣彈失穩(wěn)的張拉膜結構抗風設計505
參考文獻509
第10章總結與展望512
10.1研究成果與創(chuàng)新512
10.1.1強/臺風風場時空特性數(shù)據(jù)庫和模擬模型512
10.1.2非平穩(wěn)、非定常和非線性氣動力模型與識別515
10.1.3三維氣動力CFD數(shù)值識別與高雷諾數(shù)效應519
10.1.4結構風效應全過程精細化數(shù)值模擬521
10.1.5結構風致振動多尺度模擬與實測驗證524
10.1.6結構風致災變機理與控制措施527
10.1.7重大建筑與橋梁結構強/臺風災變模擬集成531
10.2研究進展與趨勢533
10.2.1強/臺風邊界層風場時空特性、效應模擬與預測模型533
10.2.2結構非平穩(wěn)、非定常結構氣動力534
10.2.3重大建筑與橋梁風致災變控制措施與原理541
10.2.4重大建筑與橋梁風效應全過程精細化數(shù)值模擬與可視化545
10.2.5重大建筑與橋梁風致振動多尺度物理模擬與驗證546
10.3發(fā)展態(tài)勢與展望549
10.3.1自然風特性研究發(fā)展態(tài)勢549
10.3.2大跨度橋梁風效應機理和理論研究發(fā)展態(tài)勢552
10.3.3超高層建筑風效應機理和理論研究發(fā)展態(tài)勢556
10.3.4大跨度空間結構風效應和機理研究發(fā)展態(tài)勢557
10.3.5結構風效應和機理的計算流體力學方法研究態(tài)勢559
10.3.6結構風效應分析理論和風洞試驗方法的現(xiàn)場實測驗證研究態(tài)勢559
10.3.7結構風工程研究風洞試驗裝備發(fā)展態(tài)勢560
10.4研究不足與需求561
10.4.1研究不足561
10.4.2戰(zhàn)略需求563
10.4.3未來研究563
參考文獻564