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桥梁抗风抗震与车桥 版权信息
- ISBN：9787030690081
- 条形码：9787030690081 ; 978-7-03-069008-1
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>>
桥梁抗风抗震与车桥 内容简介
本教材较全面地介绍桥梁结构动力效应分析基本理论与设计应用，共分四篇，分别为结构动力学基础篇、桥梁抗风设计篇、桥梁抗震设计篇、车桥耦合振动篇，是国内首本将桥梁抗风、桥梁抗震及车桥耦合等桥梁三个主要振动行为及其原理进行统编的教材。
本教材立足于基础理论与应用的介绍，结合**的相关规范及其应用的解释，兼顾近年来相关研究成果的论述，为读者学习基本理论、参照相关规范进行桥梁动力学设计、深入研究桥梁结构动力问题奠定基础。
桥梁抗风抗震与车桥 目录
目录
**篇 结构动力学基础
概述 2
第1章 单自由度系统的线性振动 3
1.1 无阻尼自由振动 3
1.2 有阻尼自由振动 4
1.3 有阻尼强迫振动 6
1.4 简谐惯性力激励的受迫振动 7
1.5 频率域的响应分析 8
第2章 多自由度系统的振动 10
2.1 多自由度系统的固有特性 10
2.2 有阻尼多自由度系统的强迫振动 13
第3章 梁的弯曲振动理论 15
第4章 随机振动 21
4.1 随机过程特征参数与描述 21
4.2 桥梁工程中的随机振动问题 26
4.3 单自由度系统随机响应分析 28
4.4 多自由度系统随机响应分析 29
4.5 随机响应分析的虚拟激励方法 31
思考题 33
参考文献 34
第二篇 桥梁抗风设计
概述 36
第5章 自然风的基本特性 37
5.1 风的定义 37
5.2 风的类型 39
5.3 基本风速的定义 40
5.4 平均风速沿高度的分布 41
5.5 脉动风速的几个重要特征参数 41
5.6 设计基本风速与设计基准风速的确定 46
5.7 自然风场的数值模拟 49
第6章 风对桥梁的作用及抗风设计准则 52
6.1 钝体绕流特性 52
6.2 风对桥梁的作用 54
6.3 桥梁抗风设计准则 55
第7章 风对桥梁的静力作用 58
7.1 静力三分力 58
7.2 风致静力作用效应 60
7.3 静力三分力系数的气动特征 63
第8章 风对桥梁的动力作用 66
8.1 颤振 66
8.1.1 古典耦合颤振理论 67
8.1.2 主梁气动力表达式 72
8.1.3 弯扭耦合颤振分析理论 77
8.1.4 分离流扭转颤振理论 80
8.1.5 主梁颤振稳定性检验 81
8.2 驰振 81
8.3 涡激振动 84
8.4 抖振 88
8.5 斜拉桥拉索的风致振动 90
第9章 大跨度桥梁的抗风减振措施 93
9.1 改善结构固有动力特性 93
9.2 改善截面气动性能 94
9.3 主梁抗风抑振措施应用实例 97
第10章 风洞模型试验 101
10.1 风洞与测量装置 101
10.2 桥梁风洞试验的类型 107
10.3 风环境风洞模型试验 116
第11章 数值风洞在桥梁抗风设计中的应用 118
11.1 流体动力学控制方程 118
11.2 紊流模型与动网格 121
11.3 CFD软件结构与求解过程 123
思考题 126
参考文献 128
第三篇 桥梁抗震设计
概述 130
第12章 地震工程学基本知识 131
12.1 地震的分布与类型 131
12.2 地震基本术语 132
12.3 地震动的特性与描述 135
12.4 断层的分类及近断层地震动特征 137
第13章 结构抗震设防标准与分类 141
13.1 桥梁抗震设计基本参数与基本原则 141
13.2 抗震设防烈度及基本参数 142
13.3 桥梁抗震设计目标 143
13.4 三水平地震烈度的关系 143
13.5 铁路桥梁的抗震分类与设防标准 144
13.6 公路桥梁的抗震分类与设防标准 145
第14章 桥梁建设场地的选择与抗震分类 148
14.1 桥梁工程场地分类 148
14.2 跨(近)断层桥梁的设计及砂土液化处理 150
第15章 桥梁震害分析 152
15.1 落梁 152
15.2 钢筋混凝土桥墩破坏 154
15.3 支座破坏或移位 157
15.4 拱桥垮塌 158
15.5 桥台破坏 159
15.6 其他破坏 160
15.7 桥梁震害分析与抗震概念设计 161
第16章 桥梁地震响应分析方法 164
16.1 静力法 164
16.2 反应谱法 165
16.3 时程分析法 169
16.4 现行规范对地震作用的描述 170
16.5 现行规范对抗震分析方法的相关规定 175
16.6 地震作用的计算图式与建模原则 177
16.6.1 公路规则桥梁 177
16.6.2 公路非规则桥梁与特殊桥梁 179
16.6.3 铁路桥梁 180
16.7 延性设计与能力保护设计 181
16.7.1 延性及延性设计 181
16.7.2 能力保护设计 183
16.8 桥梁结构弹塑性地震响应的近似算法 190
第17章 桥梁抗震验算与钢筋布置构造要求 194
17.1 荷载组合 194
17.2 桥梁抗震验算内容 194
17.3 墩柱钢筋布置构造要求 197
第18章 桥梁减隔震及抗震构造措施 199
18.1 减隔震原理 200
18.2 减隔震装置 200
18.3 减隔震设计与布置原则 204
18.4 减隔震或抗震构造措施 205
18.4.1 一般要求 205
18.4.2 规范要求 206
18.5 减隔震桥梁抗震分析建模原则与验算方法 209
第19章 桥梁结构地震易损性 211
19.1 地震易损性概念 211
19.2 桥梁易损性分析理论与方法 212
19.3 地震易损性的工程应用与实例 216
第20章 桥梁抗震评估加固与震后抢通 222
20.1 桥梁震后抢通技术 222
20.2 桥梁抗震性能评价 224
20.3 桥梁抗震加固方案 226
20.4 桥梁抗震加固技术 227
第21章 桥梁结构抗震试验 234
21.1 拟静力试验 234
21.2 动力试验 235
21.2.1 地震模拟振动台试验 235
21.2.2 拟动力试验 235
21.3 地震模拟振动台 236
思考题 237
参考文献 239
第四篇 车桥耦合振动
概述 242
第22章 车桥耦合振动理论的概念与发展 243
第23章 车辆与桥梁振动性能的评价方法与标准 245
23.1 列车安全性评价标准 245
23.2 列车平稳性评价标准 247
23.3 桥梁评价标准 249
第24章 车-桥耦合振动经典理论 254
24.1 简支梁桥在匀速荷载作用下的振动 254
24.2 简支梁桥在匀速移动质量作用下的振动 257
24.3 简支梁桥受单轮对质量弹簧系统的作用 258
第25章 车-桥耦合振动现代理论 260
25.1 轨道不平顺 260
25.2 轮轨相互作用 266
25.3 车辆动力学计算模型 270
25.4 桥梁计算模型 275
25.5 轨道计算模型 275
25.6 车-线-桥系统动力学方程 278
第26章 风-车-桥耦合振动 282
26.1 风速场的人工模拟 283
26.2 桥梁的气动力 283
26.3 车辆的气动力 284
26.4 系统运动方程的求解 284
26.5 桥上车辆抗风安全性 285
第27章 地震-车-桥耦合振动 287
27.1 地震荷载作用下简支梁动力分析模型 287
27.2 地震荷载作用下车桥系统动力分析模型 288
27.3 地震作用下桥上车辆的运行安全标准 289
思考题 294
参考文献 296
**篇 结构动力学基础
概述 2
第1章 单自由度系统的线性振动 3
1.1 无阻尼自由振动 3
1.2 有阻尼自由振动 4
1.3 有阻尼强迫振动 6
1.4 简谐惯性力激励的受迫振动 7
1.5 频率域的响应分析 8
第2章 多自由度系统的振动 10
2.1 多自由度系统的固有特性 10
2.2 有阻尼多自由度系统的强迫振动 13
第3章 梁的弯曲振动理论 15
第4章 随机振动 21
4.1 随机过程特征参数与描述 21
4.2 桥梁工程中的随机振动问题 26
4.3 单自由度系统随机响应分析 28
4.4 多自由度系统随机响应分析 29
4.5 随机响应分析的虚拟激励方法 31
思考题 33
参考文献 34
第二篇 桥梁抗风设计
概述 36
第5章 自然风的基本特性 37
5.1 风的定义 37
5.2 风的类型 39
5.3 基本风速的定义 40
5.4 平均风速沿高度的分布 41
5.5 脉动风速的几个重要特征参数 41
5.6 设计基本风速与设计基准风速的确定 46
5.7 自然风场的数值模拟 49
第6章 风对桥梁的作用及抗风设计准则 52
6.1 钝体绕流特性 52
6.2 风对桥梁的作用 54
6.3 桥梁抗风设计准则 55
第7章 风对桥梁的静力作用 58
7.1 静力三分力 58
7.2 风致静力作用效应 60
7.3 静力三分力系数的气动特征 63
第8章 风对桥梁的动力作用 66
8.1 颤振 66
8.1.1 古典耦合颤振理论 67
8.1.2 主梁气动力表达式 72
8.1.3 弯扭耦合颤振分析理论 77
8.1.4 分离流扭转颤振理论 80
8.1.5 主梁颤振稳定性检验 81
8.2 驰振 81
8.3 涡激振动 84
8.4 抖振 88
8.5 斜拉桥拉索的风致振动 90
第9章 大跨度桥梁的抗风减振措施 93
9.1 改善结构固有动力特性 93
9.2 改善截面气动性能 94
9.3 主梁抗风抑振措施应用实例 97
第10章 风洞模型试验 101
10.1 风洞与测量装置 101
10.2 桥梁风洞试验的类型 107
10.3 风环境风洞模型试验 116
第11章 数值风洞在桥梁抗风设计中的应用 118
11.1 流体动力学控制方程 118
11.2 紊流模型与动网格 121
11.3 CFD软件结构与求解过程 123
思考题 126
参考文献 128
第三篇 桥梁抗震设计
概述 130
第12章 地震工程学基本知识 131
12.1 地震的分布与类型 131
12.2 地震基本术语 132
12.3 地震动的特性与描述 135
12.4 断层的分类及近断层地震动特征 137
第13章 结构抗震设防标准与分类 141
13.1 桥梁抗震设计基本参数与基本原则 141
13.2 抗震设防烈度及基本参数 142
13.3 桥梁抗震设计目标 143
13.4 三水平地震烈度的关系 143
13.5 铁路桥梁的抗震分类与设防标准 144
13.6 公路桥梁的抗震分类与设防标准 145
第14章 桥梁建设场地的选择与抗震分类 148
14.1 桥梁工程场地分类 148
14.2 跨(近)断层桥梁的设计及砂土液化处理 150
第15章 桥梁震害分析 152
15.1 落梁 152
15.2 钢筋混凝土桥墩破坏 154
15.3 支座破坏或移位 157
15.4 拱桥垮塌 158
15.5 桥台破坏 159
15.6 其他破坏 160
15.7 桥梁震害分析与抗震概念设计 161
第16章 桥梁地震响应分析方法 164
16.1 静力法 164
16.2 反应谱法 165
16.3 时程分析法 169
16.4 现行规范对地震作用的描述 170
16.5 现行规范对抗震分析方法的相关规定 175
16.6 地震作用的计算图式与建模原则 177
16.6.1 公路规则桥梁 177
16.6.2 公路非规则桥梁与特殊桥梁 179
16.6.3 铁路桥梁 180
16.7 延性设计与能力保护设计 181
16.7.1 延性及延性设计 181
16.7.2 能力保护设计 183
16.8 桥梁结构弹塑性地震响应的近似算法 190
第17章 桥梁抗震验算与钢筋布置构造要求 194
17.1 荷载组合 194
17.2 桥梁抗震验算内容 194
17.3 墩柱钢筋布置构造要求 197
第18章 桥梁减隔震及抗震构造措施 199
18.1 减隔震原理 200
18.2 减隔震装置 200
18.3 减隔震设计与布置原则 204
18.4 减隔震或抗震构造措施 205
18.4.1 一般要求 205
18.4.2 规范要求 206
18.5 减隔震桥梁抗震分析建模原则与验算方法 209
第19章 桥梁结构地震易损性 211
19.1 地震易损性概念 211
19.2 桥梁易损性分析理论与方法 212
19.3 地震易损性的工程应用与实例 216
第20章 桥梁抗震评估加固与震后抢通 222
20.1 桥梁震后抢通技术 222
20.2 桥梁抗震性能评价 224
20.3 桥梁抗震加固方案 226
20.4 桥梁抗震加固技术 227
第21章 桥梁结构抗震试验 234
21.1 拟静力试验 234
21.2 动力试验 235
21.2.1 地震模拟振动台试验 235
21.2.2 拟动力试验 235
21.3 地震模拟振动台 236
思考题 237
参考文献 239
第四篇 车桥耦合振动
概述 242
第22章 车桥耦合振动理论的概念与发展 243
第23章 车辆与桥梁振动性能的评价方法与标准 245
23.1 列车安全性评价标准 245
23.2 列车平稳性评价标准 247
23.3 桥梁评价标准 249
第24章 车-桥耦合振动经典理论 254
24.1 简支梁桥在匀速荷载作用下的振动 254
24.2 简支梁桥在匀速移动质量作用下的振动 257
24.3 简支梁桥受单轮对质量弹簧系统的作用 258
第25章 车-桥耦合振动现代理论 260
25.1 轨道不平顺 260
25.2 轮轨相互作用 266
25.3 车辆动力学计算模型 270
25.4 桥梁计算模型 275
25.5 轨道计算模型 275
25.6 车-线-桥系统动力学方程 278
第26章 风-车-桥耦合振动 282
26.1 风速场的人工模拟 283
26.2 桥梁的气动力 283
26.3 车辆的气动力 284
26.4 系统运动方程的求解 284
26.5 桥上车辆抗风安全性 285
第27章 地震-车-桥耦合振动 287
27.1 地震荷载作用下简支梁动力分析模型 287
27.2 地震荷载作用下车桥系统动力分析模型 288
27.3 地震作用下桥上车辆的运行安全标准 289
思考题 294
参考文献 296
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桥梁抗风抗震与车桥 节选
**篇结构动力学基础 概述 桥梁结构是一个复杂的多自由度系统，在随机时变地震动、时变强风或移动车辆的作用下会产生复杂的振动，分析其动力响应的理论基础是结构动力学。 本篇介绍结构动力学基本理论、随机振动基本理论、动力学分析基础等，以便于读者理解本教材后续所介绍的桥梁在地震作用、自然风作用或车桥耦合相互作用下结构振动响应特性与性能，为掌握其基本理论、基本原理、分析方法，具备解决或研究桥梁结构抗风、抗震及车桥耦合振动问题的能力打下基础。 第1章 单自由度系统的线性振动 典型的单自由度系统为如图1.1所示的质量-弹簧-阻尼系统，如果其质量为m，线性弹簧刚度为k，线性黏性阻尼系数为c，在质量上作用一激振力F(t)，质量在t时刻的位移为x(t)，不计摩擦。 图1.1 单自由度系统示意图 基于牛顿第二定律，可得单自由度系统的运动微分方程： (1.1) 引入参数，微分方程变为 (1.2) 式中， 为固有频率； 为阻尼比。 1.1 无阻尼自由振动 如果激振力F(t)与系统的阻尼比 为零，则该系统为无阻尼自由振动系统，方程(1.2)变为 (1.3) 根据常微分方程理论，令 ，代入方程(1.3)，导出特征值方程为 (1.4) 相应的特征值为 ( ，即虚数单位)，对应的线性无关特解为 和 ，方程的通解为 (1.5) 其中， 为待定常数，由初始条件决定。 设在初始时刻 ，质点的位移和速度分别为 (1.6) 则方程(1.3)满足初始条件方程(1.6)的解为 (1.7) 其中，A和 分别为自由振动的振幅和初相角，其取决于初始条件方程(1.6)： (1.8) 因此无阻尼自由振动是以平衡位置为中心的简谐振动，其振动的圆频率为 ，单位为rad/s。圆频率 仅与刚度、质量有关，与初始条件无关，为系统固有的物理参数，它与系统的固有频率f和固有周期T0关系如下： (1.9) 由式(1.9)可知，系统的质量越大，刚度越小，固有频率越低，固有周期越长，反之，质量越小，刚度越大，则固有频率越高，固有周期越短。 1.2 有阻尼自由振动 如果系统的激振力F(t)为零，阻尼比 不为零，该系统为有阻尼自由振动，此时方程(1.2)变为 (1.10) 根据常微分方程理论，令 ，代入方程(1.10)，导出特征值方程为 (1.11) 相应的特征值为 (1.12) 对应的线性无关特解根据阻尼比大小有如表1.1所示三种情况。 表1.1 有阻尼自由振动特征值与特解 (1)当ζ＜1时，微分方程的通解为 (1.13) 其中，C1，C2为待定常数，与无阻尼自由振动类似，由初始条件决定。 则方程(1.10)满足初始条件的解为 (1.14) 其中，A和θ分别为阻尼自由振动的初始幅值和初相角，其取决于初始条件： (1.15) 为有阻尼振动的固有圆频率，也是系统的固有的物理参数，它小于无阻尼固有频率 。 如果将间隔j个周期的两个振幅相除，并两边取对数： (1.16) (1.17) 根据上式，可利用实验测出系统的阻尼比。 因此，当阻尼比ζ＜1时，阻尼引起能量的耗散，系统为振幅不断衰减的周期性振动，如图1.2所示。阻尼比反映了衰减程度，一般称其为欠阻尼状态，桥梁结构均为欠阻尼结构，后面内容均默认阻尼比ζ＜1。 图1.2 欠阻尼系统的衰减振动 (2)当ζ＝1或ζ＞1时，系统的运动为衰减的非往复运动，系统是介于过阻尼与欠阻尼之间的临界状态或过阻尼状态，其不属于本书所讨论的内容。 1.3 有阻尼强迫振动 如果激振力F(t)不为零，该系统为有阻尼强迫振动。此时 (1.18) 根据常微分方程理论，方程的解为 (1.19) 其中，x1(t)为前述有阻尼自由振动的解，其是在振动开始后短时持续的衰减振动，故称为暂态振动；x2(t)为方程(1.18)的特解，与F(t)有关，它表示在激振力作用下的持续振动，故称为稳态振动。 为简便起见，以F(t)为简谐力为例进行分析，令，有 (1.20) 其特解为 (1.21) 其中，为激振频率和固有频率之比；为响应相位差；i为虚数单位。 令，则有 (1.22) 其中，为稳态振动的实振幅； 为振幅放大因子。 振幅放大因子β和响应相位差θ均与频率比s相关，因而分别被称为幅频特性和相频特性，如图1.3和图1.4所示。 图1.3 幅频特性曲线 图1.4 相频特性曲线
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