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目录1

第一章　概论1

1.1　桥梁风致病害的典型案例1

1.1.1 旧塔科马悬索桥风毁事故1

1.1.2 日本东京湾通道桥的涡激共振病害2

1.1.3　斜拉桥的拉索风雨振4

1.2　桥梁风工程简介4

1.2.1　桥梁风工程的研究内容5

1.2.3　桥梁风致振动的减振措施6

1.2.2　桥梁风工程的主要研究方法6

1.3　我国的桥梁风工程研究7

第二章　桥梁风工程的力学基础9

2.1　经典梁理论与杆件扭转理论9

2.1.1 梁的弯曲9

2.1.2　杆的扭转10

2.1.3　弯曲扭转的耦合11

2.1.4　影响线与影响面11

2.2　结构运动方程的建立与简化11

2.2.1　广义位移与广义力11

2.2.2　拉格朗日方程12

2.2.3　有限元运动方程13

2.3　结构振动14

2.3.1　简谐振动与谐波分析14

2.3.2　单自由度体系的振动16

2.3.3　多自由度系统的振动19

2.3.4 自激振动21

2.4　流体力学基本知识21

2.4.2　流体的性质与分类22

2.4.3　拉格朗日描述法与欧拉描述法轨迹与流线22

2.4.1　基本假设与研究方法22

2.4.4　流体运动的速度分解和运动分类23

2.4.5　边界层23

2.4.6　流体所受的力及性质24

2.4.7　流体力学基本方程24

2.4.8　涡旋运动26

2.5　空气动力学与气动弹性力学26

2.5.1　常用的无量纲参数26

2.5.2　雷诺数的意义、层流与湍流（紊流）、紊流强度27

2.5.3　圆柱绕流问题28

3.1　随机变量32

第三章　随机振动基础知识32

3.2　随机变量的数字特征33

3.2.1　数学期望34

3.2.2　方差34

3.2.3　协方差和相关系数35

3.2.4　矩，n维随机向量36

3.3　随机过程36

3.3.1　随机过程，平稳随机过程36

3.3.2　互相关函数，自相关函数37

3.3.3　平稳随机过程的功率谱密度38

3.4　线性单自由度系统的随机反应40

3.3.4　谱密度的性质40

3.4.1 随机响应的自相关函数41

3.4.2　随机响应的功率谱密度41

第四章　风环境43

4.1 自然风43

4.1.1　影响自然风的重要因素43

4.1.2　自然风的分类44

4.1.3　自然风的分级44

4.2.1　平均风特性45

4.2　近地风特性45

4.2.2　风的脉动分量48

4.2.3　风场模式概率描述的研究53

第五章　静力风荷载与风致静力失稳55

5.1　平均风产生的静荷载、三分力系数55

5.1.1 风荷载的三分力、体轴坐标系和风轴坐标系55

5.1.2　静力三分力系数及其影响因素56

5.2　风致静力失稳59

5.2.1　静力风荷载的变形依赖性59

5.1.3　测定三分力系数的意义与方法59

5.2.2　二维静风失稳模型60

5.2.3　三维静风失稳模型61

第六章　气动自激力　驰振与颤振64

6.1　准定常气动力与驰振稳定性64

6.1.1　准定常气动力64

6.1.2　驰振稳定性判据66

6.2　非定常气动自激力与颤振导数67

6.2.1　理想平板气动自激力理论67

6.2.2 Scanlan的桥梁颤振导数理论68

6.2.4　用无量纲风速表示气动自激力与颤振导数70

6.2.3　理想平板的颤振导数70

6.3　基于节段模型风洞试验的颤振导数识别方法73

6.3.1 自由振动信号时域识别法73

6.3.2　强迫振动的时域法与频域法75

6.3.3　自由振动频域法82

6.4　基于计算流体力学数值模拟的颤振导数识别方法82

6.4.1　控制方程和数值方法82

6.4.2　气动导数和颤振临界风速计算83

6.4.3　工程算例84

6.5　颤振临界风速与临界状态86

6.5.1　桥梁风致振动的二维简化数学模型87

6.5.2　单自由度扭转颤振90

6.5.3　两自由度耦合颤振理论90

6.6　三维颤振分析的多模态参与单参数搜索法92

6.6.1　多模态参与单参数搜索M-S法93

6.6.2　M-S法全域自动搜索的实现过程95

6.6.3　算例97

6.6.4　结论98

7.1　经典抖振理论100

7.1.1　水平或竖直结构在分布随机激励下的响应100

第七章　抖振与涡激振动100

7.1.2　Davenport准定常抖振力模型102

7.1.3　气动导纳函数104

7.1.4 Scanlan抖振力修正模型105

7.1.5　抖振响应的频域分析方法106

7.1.6　抖振反应谱简介114

7.2　抖振响应的时域分析方法115

7.2.1　脉动风场的数值模拟115

7.2.2　抖振响应的时域分析119

7.2.3　抖振响应时域分析122

7.3.1　全桥模型风洞试验125

7.3　抖振响应的试验方法125

7.3.2　既有桥梁抖振现场测量126

7.4　抖振响应抑制方法128

7.5　涡激振动129

7.5.1　基本原理与分析理论130

7.5.2　主梁断面气动性能优化133

第八章　拉索振动与控制139

8.1　拉索振动的类型139

8.1.1　涡激共振139

8.1.3　风雨激振140

8.1.2　尾流驰振140

8.2　拉索振动方程与参数共振141

8.2.1　拉索振动方程141

8.2.2　拉索参数共振143

8.3　拉索风雨振研究概况146

8.3.1　现场观测146

8.3.2　风洞试验150

8.3.3　理论分析153

8.4.1　抑制拉索振动的措施157

8.4　拉索的振动控制157

8.4.2　拉索-阻尼器系统设计原理159

8.4.3　洞庭湖大桥磁流变式拉索减振系统162

第九章　风洞试验技术166

9.1　边界层风洞166

9.1.1　边界层风洞的分类和用途167

9.1.2　边界层风洞的构造与特点168

9.1.3　桥梁结构风洞试验主要仪器设备170

9.2　节段模型试验173

9.2.1 概述173

9.1.4　测振试验设备173

9.1.5　数据处理分析系统173

9.2.2　刚性悬挂节段模型试验174

9.2.3　强迫振动节段模型试验175

9.2.4　弹性悬挂节段模型试验175

9.3　全桥气动弹性模型试验176

9.3.1　全桥气弹模型试验相似理论177

9.3.2　悬索桥（含自锚式）全桥模型试验实例介绍181

9.3.3　斜拉桥模型试验实例介绍182

9.3.4　刚性桥梁全桥模型风洞试验实例介绍184

9.4.2　拉条模型试验理论背景186

9.4　拉条模型试验简介186

9.4.1 概述186

9.4.3　拉条模型试验方法187

9.5　桥梁结构风工程试验新技术与研究课题187

9.5.1　桥梁断面颤振导数识别研究187

9.5.2　桥梁断面的气动导纳识别试验研究188

9.5.3　桥梁断面的雷诺数效应试验研究188

9.5.4　桥梁断面气动参数的不确定性试验研究188

附录一　风工程专有名词中英文对照表191

附录二　湖南大学风工程试验研究中心简介194