高清PDF《特大型桥梁风-浪-流耦合作用》刘高 2018版

桥梁建设从内陆走向外海，面临着深水、强风、巨浪、急流等恶劣海洋环境的严峻挑战。在海洋环境中，强风、巨浪、海流之间具有强烈的耦合性，产生的动力荷载已成为跨海桥粱的主要控制性荷载。尤其是跨海特大型桥梁，随着跨径的增大，桥梁结构自身刚度越来越小，阻尼越来越低，强风、巨浪、海流激发的动力荷载效应十分显著，风-浪-流耦合将对桥梁结构产生巨大的动力破坏作用。
桥粱风-浪-流耦合作用是复杂的气-液-固耦合作用问题。目前，国内外还没有针对桥梁风-浪-流耦合作用的学术专著和设计标准。在传统桥梁设计中，没有考虑强风、巨浪、海流之间的耦合特性，没有考虑风-浪-流耦合作用与桥梁结构之间的动力耦合效应，通常只考虑风自身的静力和动力作用效应，波浪和海流则作为静力荷载进行单独考虑。因此，如何准确描述风-浪流耦合场及其对桥梁结构的动力效应是跨海特大型桥梁设计必须研究解决的重大技术难题。

目录

第1章绪论…1
1.1桥梁风-浪-流耦合作用问题1
1.1.1国内外跨海桥梁建设概况1
1.1.2跨海桥梁面临的海洋气象水文环境挑战3
1.1.3跨海桥梁的风-浪-流拥合作用…10
1.2桥梁风-浪-流耦合作用研究进展……13
1.2.1风-浪-流耦合场现场观测技术研究…14
1.2.2风-浪-流耦合场数值模拟技术及设计参数研究…16
1.2.3桥梁风-浪-流耦合作用弹性模型试验技术研究17
1.2.4风-浪-流耦合作用下桥梁振动分析研究…19
1.2.5车-桥-风-浪-流-耦合作用下桥梁振动分析研究……22
1.2.6桥梁大型深水预制基础沉放过程数值模拟技术研究…24
1.3桥梁风-浪-流耦合作用研究内容…24
本章参考文款…26
第2章跨海特大型桥梁建设及规划…31
2.1跨海特大型桥梁建设概况…31
2.1.1国外跨海特大型桥梁建设…31
2.1.2国内跨海特大型桥梁建设…35
2.2跨海特大型桥梁建设规划…36
2.2.1智利查考大桥……………36
2.2.2直布罗陀海峡跨海通道工程…37
2.2.3巽他海峡跨海通道工程…38
2.2.4琼州海峡跨海通道工程…39

2.2.5渤海海峡跨海通道工程…40
2.2.6台湾海峡跨海通道工程…41
2.3琼州海峡跨海大桥主通航孔桥方案…44
2.3.1主要建设条件…44
2.3.2主通航孔公路桥梁研究方案46
2.3.3主通航孔公铁两用桥梁研究方案53
本章参考文献57
第3章海洋环境59
3.1风场…59
3.1.1大气环流…59
3,1.2近海地区主要风系…60
3.1.3大气边界层…61
3.1.4边界层风特性…62
3.2波浪场68
3.2.1波浪分类…68
3.2.2规则波浪理论71

3.2.3随机波浪理论………81
3.3海流场85
3.3.1海流分类…85
3.3.2海流特征值计算…85
3.4风-浪-流耦合场…87
本章参考文献87
第4章风-浪-流耦合场现场观测方法与耦合特性分析89
4.1风-浪-流辆合场现场观测方法89
4.1.1风-浪-流耦合场观测基本原则89
4.1.2风-浪-流耦合场观测系统91
4.2风-浪-流耦合场观测数据分析方法101
4.2.1风观测数据处理分析方法101
4.2.2波浪水流观测数据处理分析方法104
4.3琼州海峡海域风-浪-流耦合场观测及耦合特性118
4.3.1琼州海峡海域风-浪流耦合场观测系统118
4.3.2风、波浪、海流特性分析121
4.3.3风-浪-流耦合场耦合特性分析132
4.3.4对现行规范的讨论…142

本章参考文献…………144
第5章风-浪-流耦合场数值模拟方法及设计参数146
5.1风-浪-流耦合场模拟方法146
5.1.1概述146
5.1.2台风场模拟148
5.1.3波浪场模拟154
5.1.4风暴潮数值模拟163
5.1.5风-浪-流耦合场模型的建立167
5.2琼州海峡海域风-浪-流耦合场数值模拟168
5.3琼州海峡历史台风过程的数值后报模拟181
5.3.1工程海域历史台风过程的选取……181
5.3.2工程海域主要台风路径及影响分析182
5,4风-浪-流耦合场特征参数极值的联合概率模型187
5,4.1多维联合概率理论模型187
5.4.2特征参数极值的联合概率分布192
5.5风-浪-流耦合场设计参数202
本章参考文献………204
第6章桥梁风-浪-流耦合作用弹性模型试验方法207
6.1桥梁风-浪-流耦合作用弹性模型试验相似理论207
6.1.1桥梁风-浪.流耦合作用场的流动相似理论207
6.1.2桥梁风-浪-流耦合作用动力相似模拟理论210
6.1.3桥梁风-浪-流耦合作用弹性试验的相似参数212
6.2桥梁风-浪-流耦合作用弹性模型试验模拟系统213

6.2.1试验模拟系统构成…213
6.2.2风场要素模拟216
6.2.3波浪场要素模拟…218
6.2.4水流场模拟220
6.2.5丁程场地模拟…………221
6.3桥梁风-浪-流揭合场试验模拟……221
6.3.1风-浪耦合场特征要素模拟…221
6.3.2浪-流耦合场特征要素模拟…226
6.3.3风-浪-流耦合场特征要素模拟230
6.4桥梁弹性模型的物理模拟…232
6.4.1弹性模型的类型…232
6.4.2桥梁结构弹性模型物理模拟系统233
6.4.3模型缩尺比确定………236
6.4.4弹性试验模型设计原则与过程…237
6.5弹性模型试验动态测试…237
6.5.1测试系统构成…238

6.5.2试验测量仪器的标定241
6.5.3测试系统的布置与安装242
6.5.4测试实时同步采集系统244
本章参考文献…246
第7章桥梁风-浪-流耦合作用弹性模型试验及响应特性248
7.1群桩基础索塔自立状态弹性模型试验248
7.1.1试验模型设计及制作…248
7.1.2试验方案设计…251
7.1.3风-浪-流耦合作用试验结果及分析253
7.1.4海啸作用试验模拟及分析261
7.2沉箱/沉井基础索塔自立状态弹性模型试验…267
7.2.1试验模型设计及制作267
7.2.2试验方案设计271
7.2.3试验结果及分析273
7.3三塔斜拉桥全桥风-浪-流耦合作用弹性模型试验279
7.3.1试验模型设计及制作279
7.3.2试验方案设计284
7.3.3试验结果及分析285
本章参考文献…291
第8章桥梁风-浪-流耦合作用数值水槽模拟技术293
8.1风-浪-流耦合数值水槽模型293
8.1.1风-浪-流耦合数值水槽架构293
8.1.2波浪自由表面的追踪方法295

8.1.3浪-流拥合场及区域数值造波模型…296
8.1.4流场区域阻尼消波法……299
8.1.5空间脉动风速场模拟300
8.1.6边界条件和初始条件…303
8.2风-浪-流数值水槽模拟方法…304
8.2.1基于通用CFD平台的浪-流数值水槽模拟304
8.2.2非定常不可压缩黏性流求解方法…306
8.3风-浪-流场数值水槽模拟……308
8.3.1风-浪-流耦合场计算模型及参数…309
8.3.2风-浪-流拥合场演化及波形分析…310
8.3.3风-浪-流耦合场中波面和波高的变化…313
8.4圆柱结构数值水槽模拟…314
8.4.1小尺度圆柱结构浪-流耦合作用数值模拟…314
8.4.2大尺度直立圆柱结构数值水槽模拟…319
8.4.3圆柱结构风-浪-流耦合作用模拟·32
8.5高桩承台基础浪-流作用模拟…324

8.5.1基础局部冲刷效应对基础浪-流作用影响模拟…325
8.5.2钻石形索塔大型高桩承台群桩基础浪-流作用模拟…328
8.5.3哑铃形高桩承台群桩基础浪-流耦合作用模拟…333
8.6沉箱/沉井基础浪-流作用模拟…337
8.7风暴朝对桥梁上部结构作用模拟…342
8.7.1岛-桥过渡区域波浪场的数值模拟……342
8.7.2岛-桥过渡区桥梁主梁波浪作用数值模拟……348
本章参考文款……354
第9章风-浪耦合作用下桥梁随机振动频域分析方法356
9.1桥梁风-浪耦合作用运动方程………356
9.2桥梁结构有限元建模方法………357
9.2.1塔梁索建模方法…358
9.2.2几何非线性…358
9.2.3土-结构相互作用的模拟…359
9.3桥梁大型深水基础波浪荷载…36
93.1频域边界元方法……362
9.3.2桥梁大型深水基础波浪力计算方法…369
9.3.3桥梁大型深水基础波浪力谱…370
9.4桥梁风荷载…371
9.4.1桥梁脉动风抖振力……371
9,4.2主梁自激力…372

9.5基于虚拟激励法的桥梁风-浪耦合振动内力分析方法…373
9.6琼州海峡大桥最大双悬臂状态分析375
9.6.1桥梁有限元模型……375
9.6.2风-浪拥合场参数…376
9.6.3边界单元组波浪力传递函数……376
9.6.4桥梁结构气动参数…376
9.6.5桥梁风-浪耦合作用随机振动分析结果……377
本章参考文就……380
第10章风-浪-流耦合作用下桥梁振动时域分析方法382
10.1桥梁风-浪-流耦合作用运动方程…382
10,2桥梁基础结构浪-流荷载………383
10.2.1频域-时域转换方法383
10.2,2直接时域边界元方法…387
10.2.3高桩承台群桩基础结构浪-流荷载计算方法392
10.2.4沉箱和沉井基础结构单元浪-流荷载计算方法393
10.3考虑斜风效应的桥梁风荷载…397
10.3.1桥梁风致振动形态…397
10.3.2坐标系统…398
10.3.3平均风荷载和抖振力…402
10.3.4自激力…407
10.4桥梁风-浪-流拥合作用运动方程求解…411
10.4.1桥梁风-浪-流耦合作用运动方程411
10.4.2桥梁风-浪-流拥合作用运动方程求解方法…411

10.4.3桥梁风-浪-流耦合振动分析程序…414
10.5琼州海峡大桥风-浪-流耦合振动分析…416
10.5.1全桥结构动力特性…416
10.5.2基础结构水动力分析…417
10.5.3成桥状态桥梁风-浪-流耦合振动响应…419
本章参考文献………423
第11章车桥-风浪流耦合系统振动分析方法425
11.1车-桥-风浪流耦合系统运动方程…425
11.1.1车辆-桥梁耦合作用…426
11.1,2车辆-风浪流耦合作用…429
11.1.3桥梁-风浪流耦合作用…430
11.2车桥-风浪流耦合系统运动方程的求解算法…432
11.3琼州海峡公铁两用特大桥车桥-风浪流耦合振动分析…435
11.3.1桥梁子系统参数……435
11.3.2桥梁基础水动力参数…437
11.3.3风浪流耦合场子系统…438

11.3.4车辆子系统参数…438
11.3.5车桥-风浪流耦合振动分析结果439
本章参考文献…446
第12章桥梁大型深水预制基础沉放过程数值模拟及控制448
12.1桥梁深水预制基础施工过程分析…448
12.1.1深水预制基础的施工流程…448
12.1.2深水预制基础沉放过程中的系泊定位449
12.2浮体及系泊系统计算原理……450
12.2.1浮体在波浪中的运动计算理论…450
12.2.2系泊系统受力分析…454
12.2.3拥合计算原理…455
12.3预制基础系泊系统动力分析简化模型456
12.3.1系泊系统简化模型简介456
12.3.2系泊系统简化模型运动方程456
12.3.3系泊系统动力特性分析458
12.3.4系泊系统的波浪作用分析…462
12.4预制基础沉放过程数值模拟…465
12.4.1预制基础幅频运动特性研究…465
12.4.2预制基础定位沉放系泊控制分析467
12.5预制基础沉放过程控制…473
本章参考文献…475
索引477

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