Theory of Bridge Aerodynamics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Einar Strømmen

出品人:

页数:239

译者:

出版时间:2006-03-16

价格:USD 129.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783540306030

丛书系列:

图书标签:

• 桥梁空气动力学
• 桥梁工程
• 气动学
• 结构工程
• 风工程
• 桥梁设计
• 空气动力学分析
• 桥梁振动
• 流体力学
• 桥梁稳定性

桥梁空气动力学理论：理论与实践的交汇 一本跨越基础理论与前沿应用的桥梁工程权威著作 导言：空气动力学在现代桥梁设计中的核心地位 在人类与自然力的不懈抗争中，桥梁工程始终是衡量土木工程技术水平的标尺之一。随着结构跨度的不断增大和材料性能的持续优化，现代桥梁已然成为宏伟的工程奇迹。然而，这种规模的增加也使得外部环境因素的影响，特别是风载荷，变得前所未有的关键。风，这种看似无形的力量，却蕴含着足以引发结构灾难的巨大能量。 本书《桥梁空气动力学理论》深入探讨了空气动力学原理在桥梁设计、分析与加固中的应用，旨在为结构工程师、空气动力学专家以及相关领域的研究人员提供一套系统、严谨且实用的知识体系。我们不将空气动力学视为仅仅是规范中的附加项，而是将其视为桥梁动力响应、长期稳定性和安全性的内在决定因素。 第一部分：空气动力学基础与流动物理 本卷聚焦于构建理解桥梁与风相互作用的理论基石。我们从流体力学的基础概念出发，逐步过渡到与桥梁结构直接相关的空气动力学分支。 第一章：流体力学基础与桥梁环境 本章详细梳理了连续介质理论、粘性流体特性以及边界层理论在低速和高紊流环境下的适用性。重点阐述了气象学参数（如风速剖面、湍流强度和风向不确定性）如何影响实际工程中的风场模型建立。我们将探讨如何利用风洞实验数据和现场监测结果，构建精确的场环境模型，为后续的空气动力学分析提供可靠输入。 第二章：经典空气动力学理论在桥梁截面上的应用 本章深入分析了流体绕流过截面的基本概念。内容涵盖了二维翼型理论（如卡门-格林公式的应用）、三维效应的修正，以及对不同截面形状（矩形、箱型、桁架等）的升力系数 ($C_L$)、阻力系数 ($C_D$) 和力矩系数 ($C_M$) 的精确计算方法。我们特别关注了“颤振（Flutter）”和“抖振（Galloping）”等关键气动弹性现象的简化理论模型，包括静力学和运动学失稳的临界条件。 第三章：湍流与非定常空气动力学 现代桥梁通常运行于高强度的自然湍流中。本章致力于阐明湍流脉动对桥梁结构的动态响应影响。我们介绍了频谱分析技术（如Kármán和Von Kármán湍流模型），并讨论了如何通过随机振动理论，将湍流风场转化为结构所经历的随机荷载。非定常效应，如涡旋脱落（Vortex Shedding）引起的周期性力，及其与结构固有频率的耦合（即“涡激振动”，VIV），将作为本章的重点进行深入剖析。 第二部分：空气动力学分析方法与数值模拟 理论模型必须与先进的分析工具相结合，才能应用于复杂的现代桥梁。本部分侧重于实际工程分析中常用的计算方法和工具。 第四章：风洞试验技术与模型制作 风洞试验仍是验证复杂空气动力学行为的“黄金标准”。本章详细介绍了不同类型的风洞（如地层风洞、干扰风洞）的适用性。内容涵盖了精密气动弹性模型（如刚性模型、半模模型）的制作材料、比例选择（保持几何相似、雷诺数效应处理）以及传感器的精确布置。此外，我们讨论了压力测量、粒子图像测速（PIV）等先进的无干扰测量技术在获取高精度流场数据中的应用。 第五章：计算流体力学（CFD）在桥梁工程中的应用 随着计算能力的飞跃，CFD已成为空气动力学分析不可或缺的工具。本章详细阐述了雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程及其在桥梁绕流模拟中的求解策略，包括湍流模型的选择（如$k-epsilon$, $k-omega$ SST）。我们探讨了如何优化网格划分以精确捕捉分离流和尾流特征，并对比了瞬态（LES/DNS）模拟在预测非定常气动载荷方面的优势与局限性。 第六章：气动弹性理论与动力学响应分析 桥梁的空气动力学行为最终通过气动弹性效应体现。本章系统阐述了“静定法”、“运动方程法”和“模态分析法”在确定气动弹性稳定裕度中的应用。我们详细推导了气动弹性矩阵的建立过程，并聚焦于颤振的线性稳定分析（特征值分析）和非线性分析（如时间域模拟）。本章还将介绍抖振的发生机理及其与结构阻尼、刚度之间的复杂耦合关系。 第三部分：特殊结构与风险控制 现代桥梁结构形式多样，对空气动力学的挑战也更为复杂。本部分将这些挑战系统化，并提出相应的风险控制策略。 第七章：斜拉桥与悬索桥的空气动力学特性 斜拉桥和悬索桥以其轻盈的结构和巨大的跨度，对风荷载极为敏感。针对悬索桥，本章着重分析了主缆与桥面梁之间的气动耦合效应，以及“弓形振动”（Axial Vibrations）的驱动机制。对于斜拉桥，我们详细考察了塔柱与主梁的相互作用，以及受风致雨振（Rain-wind Induced Vibration）影响下的索股稳定性问题。 第八章：箱型梁与桁架桥的气动优化 本章聚焦于如何通过气动外形设计来提升桥梁的空气动力性能。我们将探讨箱型梁横向通风口、导流板、及边缘导流片的设计参数对降低阻尼比和提高颤振速度的实际影响。对于桁架桥，重点分析了桁架腹杆之间的气流干扰效应及其对整体气动稳定性的贡献。 第九章：风致振动控制与减缓措施 在确定了桥梁的气动响应后，工程的最终目标是确保其在设计寿命内的安全性和舒适性。本章系统介绍了主动与被动减振技术。被动控制包括：设置空气动力学阻尼器、安装稳定块（Tuned Mass Dampers, TMD）以及对桥面设置开缝处理。主动控制部分则探讨了基于传感器反馈的半主动和全主动控制策略在抑制风致振动中的应用潜力与工程可行性。 结论：迈向未来的桥梁空气动力学 《桥梁空气动力学理论》旨在成为一座坚实的桥梁，连接理论物理的严谨性与工程实践的复杂性。本书所涵盖的知识体系，不仅是对现有规范和标准的深入解读，更是对未来超大跨度、环境适应性桥梁设计挑战的预研与准备。通过掌握这些先进的理论和分析工具，工程师将能够设计出更安全、更经济、更具持久美感的结构。

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