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 結構措施16 1.5 小結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 轉捩過程37 2.5.3 層流穩定性與奧爾-索末菲方程37 2.5.4 湍流連續方程與雷諾方程39 2.6 相似律與無量綱參數41 2.6.1 相似律41 2.6.2 無量綱參數42 2.7 小結43 參考文獻43 第3章 風環境與風荷載44 3.1 引言44 3.2 大氣環流及大氣邊界層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 雷諾數效應56 3.4.4 靜力風荷載的三分力系數57 3.5 小結58 參考文獻59 第4章 大跨度橋梁斜拉索多模態渦激振動60 4.1 引言60 4.2 斜拉索多模態渦激振動的CFD數值模擬研究61 4.2.1 數值計算模型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 斜拉索單模態渦激振動76 4.3.3 斜拉索多模態渦激振動83 4.4 斜拉索多模態渦激振動的現場監測92 4.4.1 某大跨度斜拉橋斜拉索風與風效應健康監測系統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 斜拉索多模態風雨激振特征及其機理124 5.4.1 斜拉索多模態風雨激振的試驗布置124 5.4.2 斜拉索多模態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數值模擬子結構方法144 5.5.1 CFD數值模擬子結構方法144 5.5.2 斜拉索風雨激振的三維CFD數值模擬子結構方法145 5.6 某大橋1斜拉索風雨激振的現場監測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場監測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166 參考文獻167 第6章 懸索橋橋塔尾流區吊索風致振動169 6.1 引言169 6.2 橋塔尾流區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 橋塔尾流區內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 橋塔尾流區三維吊索氣動力196 6.4.3 橋塔尾流區三維吊索風振算例196 6.4.4 小結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 季風下橋塔區吊索振動特性分析200 6.5.2 臺風下橋塔區吊索振動特性分析205 6.6 小結208 參考文獻209 第7章 柔性索結構流動控制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272 參考文獻273