大跨度橋梁拉索風(fēng)效應(yīng)與流動(dòng)控制

目　　錄
第1章　大跨度纜索承重橋梁拉索風(fēng)致振動(dòng) 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(fēng)振 3
1.3.1　渦激振動(dòng) 3
1.3.2　馳振與尾流馳振 5
1.3.3　風(fēng)雨激振 7
1.3.4　抖振 8
1.4　拉索風(fēng)振控制 8
1.4.1　機(jī)械措施 9
1.4.2　氣動(dòng)措施 14
1.4.3　結(jié)構(gòu)措施 16
1.5　小結(jié) 17
參考文獻(xiàn) 17
第2章　流體力學(xué)基礎(chǔ) 19
2.1　引言 19
2.2　無(wú)黏流體力學(xué) 19
2.2.1　理想流體 19
2.2.2　流場(chǎng)描述與渦量、環(huán)量 19
2.2.3　無(wú)旋流與速度勢(shì) 21
2.3　黏性流體動(dòng)力學(xué) 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(xué)基本方程 25
2.4.1　雷諾輸運(yùn)方程 25
2.4.2　流體動(dòng)力學(xué)積分型控制方程 27
2.4.3　流體動(dòng)力學(xué)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(dòng)簡(jiǎn)介 36
2.5.1　湍流的概念與特性 36
2.5.2　轉(zhuǎn)捩過(guò)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(wú)量綱參數(shù) 41
2.6.1　相似律 41
2.6.2　無(wú)量綱參數(shù) 42
2.7　小結(jié) 43
參考文獻(xiàn) 43
第3章　風(fēng)環(huán)境與風(fēng)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(fēng)的成因 44
3.2.2　風(fēng)力等級(jí) 46
3.2.3　大氣邊界層 47
3.3　近地風(fēng)特性 48
3.3.1　平均風(fēng)特性 48
3.3.2　脈動(dòng)風(fēng)特性 51
3.4　鈍體繞流與風(fēng)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(yīng) 56
3.4.4　靜力風(fēng)荷載的三分力系數(shù) 57
3.5　小結(jié) 58
參考文獻(xiàn) 59
第4章　大跨度橋梁斜拉索多模態(tài)渦激振動(dòng) 60
4.1　引言 60
4.2　斜拉索多模態(tài)渦激振動(dòng)的CFD數(shù)值模擬研究 61
4.2.1　數(shù)值計(jì)算模型 61
4.2.2　斜拉索渦激振動(dòng)的時(shí)頻特性 66
4.2.3　斜拉索渦激振動(dòng)的氣動(dòng)力特性分析 69
4.2.4　斜拉索渦激振動(dòng)的尾流特性分析 70
4.3　斜拉索多模態(tài)渦激振動(dòng)的風(fēng)洞試驗(yàn)研究 74
4.3.1　風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ?74
4.3.2　斜拉索單模態(tài)渦激振動(dòng) 76
4.3.3　斜拉索多模態(tài)渦激振動(dòng) 83
4.4　斜拉索多模態(tài)渦激振動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè) 92
4.4.1　 某大跨度斜拉橋斜拉索風(fēng)與風(fēng)效應(yīng)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 92
4.4.2　斜拉索風(fēng)致振動(dòng)特征 93
4.4.3　斜拉索振動(dòng)特征與來(lái)流風(fēng)特征的關(guān)系 95
4.5　小結(jié) 101
參考文獻(xiàn) 101
第5章　大跨度橋梁斜拉索風(fēng)雨激振 103
5.1　引言 103
5.2　風(fēng)雨激振水線幾何動(dòng)力特征及其與拉索同頻共振機(jī)理 105
5.2.1　斜拉索風(fēng)雨激振水線的超聲波測(cè)量 105
5.2.2　基于同頻共振的拉索風(fēng)雨激振水線運(yùn)動(dòng)方程 108
5.3　斜拉索風(fēng)雨激振繞流場(chǎng)特征及其氣-液-固三相同頻耦合機(jī)理 113
5.3.1　風(fēng)雨激振試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c工況 113
5.3.2　風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果 114
5.3.3　斜拉索風(fēng)雨激振尾流場(chǎng)特征 120
5.3.4　斜拉索風(fēng)雨激振氣-液-固三相耦合共振機(jī)理 123
5.4　斜拉索多模態(tài)風(fēng)雨激振特征及其機(jī)理 124
5.4.1　斜拉索多模態(tài)風(fēng)雨激振的試驗(yàn)布置 124
5.4.2　斜拉索多模態(tài)風(fēng)雨激振的振動(dòng)特性 127
5.4.3　基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)識(shí)別的風(fēng)雨激振水線三維幾何特征和運(yùn)動(dòng)規(guī)律 132
5.4.4　斜拉索風(fēng)雨激振的尾流特征與激振機(jī)理：分離泡破碎 139
5.5　斜拉索風(fēng)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(fēng)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(fēng)雨激振的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè) 156
5.6.1　臺(tái)風(fēng)作用下橋址風(fēng)場(chǎng)特性分析 156
5.6.2　臺(tái)風(fēng)作用下斜拉索風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)特征和機(jī)理分析 157
5.7　某大橋2斜拉索風(fēng)雨激振的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè) 160
5.7.1　斜拉索振動(dòng)特性分析 160
5.7.2　斜拉索振動(dòng)風(fēng)況分析 164
5.8　小結(jié) 166
參考文獻(xiàn) 167
第6章　懸索橋橋塔尾流區(qū)吊索風(fēng)致振動(dòng) 169
6.1　引言 169
6.2　橋塔尾流區(qū)吊索風(fēng)致振動(dòng)特征研究 170
6.2.1　試驗(yàn)?zāi)Ｐ图安贾?170
6.2.2　橋塔尾流區(qū)內(nèi)吊索大幅度風(fēng)致振動(dòng)機(jī)理 172
6.2.3　橋塔尾流特征及吊索振動(dòng)響應(yīng) 174
6.3　橋塔尾流區(qū)吊索風(fēng)致振動(dòng)與碰撞機(jī)理研究 183
6.3.1　CFD計(jì)算模型 183
6.3.2　橋塔尾流場(chǎng)分析 185
6.3.3　吊索運(yùn)動(dòng)及碰撞分析 187
6.4　橋塔尾流區(qū)三維吊索尾流致振動(dòng) 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(dòng)力 196
6.4.3　橋塔尾流區(qū)三維吊索風(fēng)振算例 196
6.4.4　小結(jié) 200
6.5　工程應(yīng)用——某大橋橋塔尾流致吊索振動(dòng)分析 200
6.5.1　季風(fēng)下橋塔區(qū)吊索振動(dòng)特性分析 200
6.5.2　臺(tái)風(fēng)下橋塔區(qū)吊索振動(dòng)特性分析 205
6.6　小結(jié) 208
參考文獻(xiàn) 209
第7章　柔性索結(jié)構(gòu)流動(dòng)控制 210
7.1　引言 210
7.2　主動(dòng)吸吹氣流動(dòng)控制 211
7.2.1　主動(dòng)吸氣控制 211
7.2.2　主動(dòng)吸吹氣控制 219
7.3　被動(dòng)吸吹氣流動(dòng)控制 224
7.3.1　中央開(kāi)槽控制 224
7.3.2　被動(dòng)吸吹氣套環(huán)控制 233
7.3.3　被動(dòng)吸吹氣控制工程應(yīng)用 250
7.4　非一致表面流動(dòng)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(xiàn) 273