大跨度橋梁拉索風效應與流動控制

目　　錄
第1章　大跨度纜索承重橋梁拉索風致振動 1
1.1　引言 1
1.2　大跨度橋梁概述 1
1.2.1　斜拉橋 1
1.2.2　懸索橋 2
1.3　拉索風振 3
1.3.1　渦激振動 3
1.3.2　馳振與尾流馳振 5
1.3.3　風雨激振 7
1.3.4　抖振 8
1.4　拉索風振控制 8
1.4.1　機械措施 9
1.4.2　氣動措施 14
1.4.3　結(jié)構(gòu)措施 16
1.5　小結(jié) 17
參考文獻 17
第2章　流體力學基礎 19
2.1　引言 19
2.2　無黏流體力學 19
2.2.1　理想流體 19
2.2.2　流場描述與渦量、環(huán)量 19
2.2.3　無旋流與速度勢 21
2.3　黏性流體動力學 22
2.3.1　流體的黏性 22
2.3.2　牛頓流體與非牛頓流體 23
2.3.3　流體邊界層 23
2.4　流體力學基本方程 25
2.4.1　雷諾輸運方程 25
2.4.2　流體動力學積分型控制方程 27
2.4.3　流體動力學微分型控制方程 29
2.4.4　黏性流體本構(gòu)方程 32
2.4.5　納維-斯托克斯方程 35
2.5　湍流流動簡介 36
2.5.1　湍流的概念與特性 36
2.5.2　轉(zhuǎn)捩過程 37
2.5.3　層流穩(wěn)定性與奧爾-索末菲方程 37
2.5.4　湍流連續(xù)方程與雷諾方程 39
2.6　相似律與無量綱參數(shù) 41
2.6.1　相似律 41
2.6.2　無量綱參數(shù) 42
2.7　小結(jié) 43
參考文獻 43
第3章　風環(huán)境與風荷載 44
3.1　引言 44
3.2　大氣環(huán)流及大氣邊界層 44
3.2.1　風的成因 44
3.2.2　風力等級 46
3.2.3　大氣邊界層 47
3.3　近地風特性 48
3.3.1　平均風特性 48
3.3.2　脈動風特性 51
3.4　鈍體繞流與風荷載 54
3.4.1　邊界層的形成 54
3.4.2　邊界層的分離與再附 54
3.4.3　雷諾數(shù)效應 56
3.4.4　靜力風荷載的三分力系數(shù) 57
3.5　小結(jié) 58
參考文獻 59
第4章　大跨度橋梁斜拉索多模態(tài)渦激振動 60
4.1　引言 60
4.2　斜拉索多模態(tài)渦激振動的CFD數(shù)值模擬研究 61
4.2.1　數(shù)值計算模型 61
4.2.2　斜拉索渦激振動的時頻特性 66
4.2.3　斜拉索渦激振動的氣動力特性分析 69
4.2.4　斜拉索渦激振動的尾流特性分析 70
4.3　斜拉索多模態(tài)渦激振動的風洞試驗研究 74
4.3.1　風洞試驗模型 74
4.3.2　斜拉索單模態(tài)渦激振動 76
4.3.3　斜拉索多模態(tài)渦激振動 83
4.4　斜拉索多模態(tài)渦激振動的現(xiàn)場監(jiān)測 92
4.4.1　 某大跨度斜拉橋斜拉索風與風效應健康監(jiān)測系統(tǒng) 92
4.4.2　斜拉索風致振動特征 93
4.4.3　斜拉索振動特征與來流風特征的關系 95
4.5　小結(jié) 101
參考文獻 101
第5章　大跨度橋梁斜拉索風雨激振 103
5.1　引言 103
5.2　風雨激振水線幾何動力特征及其與拉索同頻共振機理 105
5.2.1　斜拉索風雨激振水線的超聲波測量 105
5.2.2　基于同頻共振的拉索風雨激振水線運動方程 108
5.3　斜拉索風雨激振繞流場特征及其氣-液-固三相同頻耦合機理 113
5.3.1　風雨激振試驗模型與工況 113
5.3.2　風洞試驗結(jié)果 114
5.3.3　斜拉索風雨激振尾流場特征 120
5.3.4　斜拉索風雨激振氣-液-固三相耦合共振機理 123
5.4　斜拉索多模態(tài)風雨激振特征及其機理 124
5.4.1　斜拉索多模態(tài)風雨激振的試驗布置 124
5.4.2　斜拉索多模態(tài)風雨激振的振動特性 127
5.4.3　基于計算機視覺識別的風雨激振水線三維幾何特征和運動規(guī)律 132
5.4.4　斜拉索風雨激振的尾流特征與激振機理：分離泡破碎 139
5.5　斜拉索風雨激振CFD數(shù)值模擬子結(jié)構(gòu)方法 144
5.5.1　CFD數(shù)值模擬子結(jié)構(gòu)方法 144
5.5.2　斜拉索風雨激振的三維CFD數(shù)值模擬子結(jié)構(gòu)方法 145
5.6　某大橋1斜拉索風雨激振的現(xiàn)場監(jiān)測 156
5.6.1　臺風作用下橋址風場特性分析 156
5.6.2　臺風作用下斜拉索風致振動響應特征和機理分析 157
5.7　某大橋2斜拉索風雨激振的現(xiàn)場監(jiān)測 160
5.7.1　斜拉索振動特性分析 160
5.7.2　斜拉索振動風況分析 164
5.8　小結(jié) 166
參考文獻 167
第6章　懸索橋橋塔尾流區(qū)吊索風致振動 169
6.1　引言 169
6.2　橋塔尾流區(qū)吊索風致振動特征研究 170
6.2.1　試驗模型及布置 170
6.2.2　橋塔尾流區(qū)內(nèi)吊索大幅度風致振動機理 172
6.2.3　橋塔尾流特征及吊索振動響應 174
6.3　橋塔尾流區(qū)吊索風致振動與碰撞機理研究 183
6.3.1　CFD計算模型 183
6.3.2　橋塔尾流場分析 185
6.3.3　吊索運動及碰撞分析 187
6.4　橋塔尾流區(qū)三維吊索尾流致振動 192
6.4.1　吊索控制方程 192
6.4.2　橋塔尾流區(qū)三維吊索氣動力 196
6.4.3　橋塔尾流區(qū)三維吊索風振算例 196
6.4.4　小結(jié) 200
6.5　工程應用——某大橋橋塔尾流致吊索振動分析 200
6.5.1　季風下橋塔區(qū)吊索振動特性分析 200
6.5.2　臺風下橋塔區(qū)吊索振動特性分析 205
6.6　小結(jié) 208
參考文獻 209
第7章　柔性索結(jié)構(gòu)流動控制 210
7.1　引言 210
7.2　主動吸吹氣流動控制 211
7.2.1　主動吸氣控制 211
7.2.2　主動吸吹氣控制 219
7.3　被動吸吹氣流動控制 224
7.3.1　中央開槽控制 224
7.3.2　被動吸吹氣套環(huán)控制 233
7.3.3　被動吸吹氣控制工程應用 250
7.4　非一致表面流動控制 255
7.4.1　海豹胡須仿生非一致表面拉索 255
7.4.2　螺旋形表面拉索 267
7.5　小結(jié) 272
參考文獻 273