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橋梁抗風抗震與車橋 版權信息
- ISBN：9787030690081
- 條形碼：9787030690081 ; 978-7-03-069008-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
橋梁抗風抗震與車橋 內容簡介
本教材較全面地介紹橋梁結構動力效應分析基本理論與設計應用，共分四篇，分別為結構動力學基礎篇、橋梁抗風設計篇、橋梁抗震設計篇、車橋耦合振動篇，是國內首本將橋梁抗風、橋梁抗震及車橋耦合等橋梁三個主要振動行為及其原理進行統編的教材。
本教材立足于基礎理論與應用的介紹，結合**的相關規范及其應用的解釋，兼顧近年來相關研究成果的論述，為讀者學習基本理論、參照相關規范進行橋梁動力學設計、深入研究橋梁結構動力問題奠定基礎。
橋梁抗風抗震與車橋 目錄
目錄
**篇 結構動力學基礎
概述 2
第1章 單自由度系統的線性振動 3
1.1 無阻尼自由振動 3
1.2 有阻尼自由振動 4
1.3 有阻尼強迫振動 6
1.4 簡諧慣性力激勵的受迫振動 7
1.5 頻率域的響應分析 8
第2章 多自由度系統的振動 10
2.1 多自由度系統的固有特性 10
2.2 有阻尼多自由度系統的強迫振動 13
第3章 梁的彎曲振動理論 15
第4章 隨機振動 21
4.1 隨機過程特征參數與描述 21
4.2 橋梁工程中的隨機振動問題 26
4.3 單自由度系統隨機響應分析 28
4.4 多自由度系統隨機響應分析 29
4.5 隨機響應分析的虛擬激勵方法 31
思考題 33
參考文獻 34
第二篇 橋梁抗風設計
概述 36
第5章 自然風的基本特性 37
5.1 風的定義 37
5.2 風的類型 39
5.3 基本風速的定義 40
5.4 平均風速沿高度的分布 41
5.5 脈動風速的幾個重要特征參數 41
5.6 設計基本風速與設計基準風速的確定 46
5.7 自然風場的數值模擬 49
第6章 風對橋梁的作用及抗風設計準則 52
6.1 鈍體繞流特性 52
6.2 風對橋梁的作用 54
6.3 橋梁抗風設計準則 55
第7章 風對橋梁的靜力作用 58
7.1 靜力三分力 58
7.2 風致靜力作用效應 60
7.3 靜力三分力系數的氣動特征 63
第8章 風對橋梁的動力作用 66
8.1 顫振 66
8.1.1 古典耦合顫振理論 67
8.1.2 主梁氣動力表達式 72
8.1.3 彎扭耦合顫振分析理論 77
8.1.4 分離流扭轉顫振理論 80
8.1.5 主梁顫振穩定性檢驗 81
8.2 馳振 81
8.3 渦激振動 84
8.4 抖振 88
8.5 斜拉橋拉索的風致振動 90
第9章 大跨度橋梁的抗風減振措施 93
9.1 改善結構固有動力特性 93
9.2 改善截面氣動性能 94
9.3 主梁抗風抑振措施應用實例 97
第10章 風洞模型試驗 101
10.1 風洞與測量裝置 101
10.2 橋梁風洞試驗的類型 107
10.3 風環境風洞模型試驗 116
第11章 數值風洞在橋梁抗風設計中的應用 118
11.1 流體動力學控制方程 118
11.2 紊流模型與動網格 121
11.3 CFD軟件結構與求解過程 123
思考題 126
參考文獻 128
第三篇 橋梁抗震設計
概述 130
第12章 地震工程學基本知識 131
12.1 地震的分布與類型 131
12.2 地震基本術語 132
12.3 地震動的特性與描述 135
12.4 斷層的分類及近斷層地震動特征 137
第13章 結構抗震設防標準與分類 141
13.1 橋梁抗震設計基本參數與基本原則 141
13.2 抗震設防烈度及基本參數 142
13.3 橋梁抗震設計目標 143
13.4 三水平地震烈度的關系 143
13.5 鐵路橋梁的抗震分類與設防標準 144
13.6 公路橋梁的抗震分類與設防標準 145
第14章 橋梁建設場地的選擇與抗震分類 148
14.1 橋梁工程場地分類 148
14.2 跨(近)斷層橋梁的設計及砂土液化處理 150
第15章 橋梁震害分析 152
15.1 落梁 152
15.2 鋼筋混凝土橋墩破壞 154
15.3 支座破壞或移位 157
15.4 拱橋垮塌 158
15.5 橋臺破壞 159
15.6 其他破壞 160
15.7 橋梁震害分析與抗震概念設計 161
第16章 橋梁地震響應分析方法 164
16.1 靜力法 164
16.2 反應譜法 165
16.3 時程分析法 169
16.4 現行規范對地震作用的描述 170
16.5 現行規范對抗震分析方法的相關規定 175
16.6 地震作用的計算圖式與建模原則 177
16.6.1 公路規則橋梁 177
16.6.2 公路非規則橋梁與特殊橋梁 179
16.6.3 鐵路橋梁 180
16.7 延性設計與能力保護設計 181
16.7.1 延性及延性設計 181
16.7.2 能力保護設計 183
16.8 橋梁結構彈塑性地震響應的近似算法 190
第17章 橋梁抗震驗算與鋼筋布置構造要求 194
17.1 荷載組合 194
17.2 橋梁抗震驗算內容 194
17.3 墩柱鋼筋布置構造要求 197
第18章 橋梁減隔震及抗震構造措施 199
18.1 減隔震原理 200
18.2 減隔震裝置 200
18.3 減隔震設計與布置原則 204
18.4 減隔震或抗震構造措施 205
18.4.1 一般要求 205
18.4.2 規范要求 206
18.5 減隔震橋梁抗震分析建模原則與驗算方法 209
第19章 橋梁結構地震易損性 211
19.1 地震易損性概念 211
19.2 橋梁易損性分析理論與方法 212
19.3 地震易損性的工程應用與實例 216
第20章 橋梁抗震評估加固與震后搶通 222
20.1 橋梁震后搶通技術 222
20.2 橋梁抗震性能評價 224
20.3 橋梁抗震加固方案 226
20.4 橋梁抗震加固技術 227
第21章 橋梁結構抗震試驗 234
21.1 擬靜力試驗 234
21.2 動力試驗 235
21.2.1 地震模擬振動臺試驗 235
21.2.2 擬動力試驗 235
21.3 地震模擬振動臺 236
思考題 237
參考文獻 239
第四篇 車橋耦合振動
概述 242
第22章 車橋耦合振動理論的概念與發展 243
第23章 車輛與橋梁振動性能的評價方法與標準 245
23.1 列車安全性評價標準 245
23.2 列車平穩性評價標準 247
23.3 橋梁評價標準 249
第24章 車-橋耦合振動經典理論 254
24.1 簡支梁橋在勻速荷載作用下的振動 254
24.2 簡支梁橋在勻速移動質量作用下的振動 257
24.3 簡支梁橋受單輪對質量彈簧系統的作用 258
第25章 車-橋耦合振動現代理論 260
25.1 軌道不平順 260
25.2 輪軌相互作用 266
25.3 車輛動力學計算模型 270
25.4 橋梁計算模型 275
25.5 軌道計算模型 275
25.6 車-線-橋系統動力學方程 278
第26章 風-車-橋耦合振動 282
26.1 風速場的人工模擬 283
26.2 橋梁的氣動力 283
26.3 車輛的氣動力 284
26.4 系統運動方程的求解 284
26.5 橋上車輛抗風安全性 285
第27章 地震-車-橋耦合振動 287
27.1 地震荷載作用下簡支梁動力分析模型 287
27.2 地震荷載作用下車橋系統動力分析模型 288
27.3 地震作用下橋上車輛的運行安全標準 289
思考題 294
參考文獻 296
**篇 結構動力學基礎
概述 2
第1章 單自由度系統的線性振動 3
1.1 無阻尼自由振動 3
1.2 有阻尼自由振動 4
1.3 有阻尼強迫振動 6
1.4 簡諧慣性力激勵的受迫振動 7
1.5 頻率域的響應分析 8
第2章 多自由度系統的振動 10
2.1 多自由度系統的固有特性 10
2.2 有阻尼多自由度系統的強迫振動 13
第3章 梁的彎曲振動理論 15
第4章 隨機振動 21
4.1 隨機過程特征參數與描述 21
4.2 橋梁工程中的隨機振動問題 26
4.3 單自由度系統隨機響應分析 28
4.4 多自由度系統隨機響應分析 29
4.5 隨機響應分析的虛擬激勵方法 31
思考題 33
參考文獻 34
第二篇 橋梁抗風設計
概述 36
第5章 自然風的基本特性 37
5.1 風的定義 37
5.2 風的類型 39
5.3 基本風速的定義 40
5.4 平均風速沿高度的分布 41
5.5 脈動風速的幾個重要特征參數 41
5.6 設計基本風速與設計基準風速的確定 46
5.7 自然風場的數值模擬 49
第6章 風對橋梁的作用及抗風設計準則 52
6.1 鈍體繞流特性 52
6.2 風對橋梁的作用 54
6.3 橋梁抗風設計準則 55
第7章 風對橋梁的靜力作用 58
7.1 靜力三分力 58
7.2 風致靜力作用效應 60
7.3 靜力三分力系數的氣動特征 63
第8章 風對橋梁的動力作用 66
8.1 顫振 66
8.1.1 古典耦合顫振理論 67
8.1.2 主梁氣動力表達式 72
8.1.3 彎扭耦合顫振分析理論 77
8.1.4 分離流扭轉顫振理論 80
8.1.5 主梁顫振穩定性檢驗 81
8.2 馳振 81
8.3 渦激振動 84
8.4 抖振 88
8.5 斜拉橋拉索的風致振動 90
第9章 大跨度橋梁的抗風減振措施 93
9.1 改善結構固有動力特性 93
9.2 改善截面氣動性能 94
9.3 主梁抗風抑振措施應用實例 97
第10章 風洞模型試驗 101
10.1 風洞與測量裝置 101
10.2 橋梁風洞試驗的類型 107
10.3 風環境風洞模型試驗 116
第11章 數值風洞在橋梁抗風設計中的應用 118
11.1 流體動力學控制方程 118
11.2 紊流模型與動網格 121
11.3 CFD軟件結構與求解過程 123
思考題 126
參考文獻 128
第三篇 橋梁抗震設計
概述 130
第12章 地震工程學基本知識 131
12.1 地震的分布與類型 131
12.2 地震基本術語 132
12.3 地震動的特性與描述 135
12.4 斷層的分類及近斷層地震動特征 137
第13章 結構抗震設防標準與分類 141
13.1 橋梁抗震設計基本參數與基本原則 141
13.2 抗震設防烈度及基本參數 142
13.3 橋梁抗震設計目標 143
13.4 三水平地震烈度的關系 143
13.5 鐵路橋梁的抗震分類與設防標準 144
13.6 公路橋梁的抗震分類與設防標準 145
第14章 橋梁建設場地的選擇與抗震分類 148
14.1 橋梁工程場地分類 148
14.2 跨(近)斷層橋梁的設計及砂土液化處理 150
第15章 橋梁震害分析 152
15.1 落梁 152
15.2 鋼筋混凝土橋墩破壞 154
15.3 支座破壞或移位 157
15.4 拱橋垮塌 158
15.5 橋臺破壞 159
15.6 其他破壞 160
15.7 橋梁震害分析與抗震概念設計 161
第16章 橋梁地震響應分析方法 164
16.1 靜力法 164
16.2 反應譜法 165
16.3 時程分析法 169
16.4 現行規范對地震作用的描述 170
16.5 現行規范對抗震分析方法的相關規定 175
16.6 地震作用的計算圖式與建模原則 177
16.6.1 公路規則橋梁 177
16.6.2 公路非規則橋梁與特殊橋梁 179
16.6.3 鐵路橋梁 180
16.7 延性設計與能力保護設計 181
16.7.1 延性及延性設計 181
16.7.2 能力保護設計 183
16.8 橋梁結構彈塑性地震響應的近似算法 190
第17章 橋梁抗震驗算與鋼筋布置構造要求 194
17.1 荷載組合 194
17.2 橋梁抗震驗算內容 194
17.3 墩柱鋼筋布置構造要求 197
第18章 橋梁減隔震及抗震構造措施 199
18.1 減隔震原理 200
18.2 減隔震裝置 200
18.3 減隔震設計與布置原則 204
18.4 減隔震或抗震構造措施 205
18.4.1 一般要求 205
18.4.2 規范要求 206
18.5 減隔震橋梁抗震分析建模原則與驗算方法 209
第19章 橋梁結構地震易損性 211
19.1 地震易損性概念 211
19.2 橋梁易損性分析理論與方法 212
19.3 地震易損性的工程應用與實例 216
第20章 橋梁抗震評估加固與震后搶通 222
20.1 橋梁震后搶通技術 222
20.2 橋梁抗震性能評價 224
20.3 橋梁抗震加固方案 226
20.4 橋梁抗震加固技術 227
第21章 橋梁結構抗震試驗 234
21.1 擬靜力試驗 234
21.2 動力試驗 235
21.2.1 地震模擬振動臺試驗 235
21.2.2 擬動力試驗 235
21.3 地震模擬振動臺 236
思考題 237
參考文獻 239
第四篇 車橋耦合振動
概述 242
第22章 車橋耦合振動理論的概念與發展 243
第23章 車輛與橋梁振動性能的評價方法與標準 245
23.1 列車安全性評價標準 245
23.2 列車平穩性評價標準 247
23.3 橋梁評價標準 249
第24章 車-橋耦合振動經典理論 254
24.1 簡支梁橋在勻速荷載作用下的振動 254
24.2 簡支梁橋在勻速移動質量作用下的振動 257
24.3 簡支梁橋受單輪對質量彈簧系統的作用 258
第25章 車-橋耦合振動現代理論 260
25.1 軌道不平順 260
25.2 輪軌相互作用 266
25.3 車輛動力學計算模型 270
25.4 橋梁計算模型 275
25.5 軌道計算模型 275
25.6 車-線-橋系統動力學方程 278
第26章 風-車-橋耦合振動 282
26.1 風速場的人工模擬 283
26.2 橋梁的氣動力 283
26.3 車輛的氣動力 284
26.4 系統運動方程的求解 284
26.5 橋上車輛抗風安全性 285
第27章 地震-車-橋耦合振動 287
27.1 地震荷載作用下簡支梁動力分析模型 287
27.2 地震荷載作用下車橋系統動力分析模型 288
27.3 地震作用下橋上車輛的運行安全標準 289
思考題 294
參考文獻 296
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橋梁抗風抗震與車橋 節選
**篇結構動力學基礎 概述 橋梁結構是一個復雜的多自由度系統，在隨機時變地震動、時變強風或移動車輛的作用下會產生復雜的振動，分析其動力響應的理論基礎是結構動力學。 本篇介紹結構動力學基本理論、隨機振動基本理論、動力學分析基礎等，以便于讀者理解本教材后續所介紹的橋梁在地震作用、自然風作用或車橋耦合相互作用下結構振動響應特性與性能，為掌握其基本理論、基本原理、分析方法，具備解決或研究橋梁結構抗風、抗震及車橋耦合振動問題的能力打下基礎。 第1章 單自由度系統的線性振動 典型的單自由度系統為如圖1.1所示的質量-彈簧-阻尼系統，如果其質量為m，線性彈簧剛度為k，線性黏性阻尼系數為c，在質量上作用一激振力F(t)，質量在t時刻的位移為x(t)，不計摩擦。 圖1.1 單自由度系統示意圖 基于牛頓第二定律，可得單自由度系統的運動微分方程： (1.1) 引入參數，微分方程變為 (1.2) 式中， 為固有頻率； 為阻尼比。 1.1 無阻尼自由振動 如果激振力F(t)與系統的阻尼比 為零，則該系統為無阻尼自由振動系統，方程(1.2)變為 (1.3) 根據常微分方程理論，令 ，代入方程(1.3)，導出特征值方程為 (1.4) 相應的特征值為 ( ，即虛數單位)，對應的線性無關特解為 和 ，方程的通解為 (1.5) 其中， 為待定常數，由初始條件決定。 設在初始時刻 ，質點的位移和速度分別為 (1.6) 則方程(1.3)滿足初始條件方程(1.6)的解為 (1.7) 其中，A和 分別為自由振動的振幅和初相角，其取決于初始條件方程(1.6)： (1.8) 因此無阻尼自由振動是以平衡位置為中心的簡諧振動，其振動的圓頻率為 ，單位為rad/s。圓頻率 僅與剛度、質量有關，與初始條件無關，為系統固有的物理參數，它與系統的固有頻率f和固有周期T0關系如下： (1.9) 由式(1.9)可知，系統的質量越大，剛度越小，固有頻率越低，固有周期越長，反之，質量越小，剛度越大，則固有頻率越高，固有周期越短。 1.2 有阻尼自由振動 如果系統的激振力F(t)為零，阻尼比 不為零，該系統為有阻尼自由振動，此時方程(1.2)變為 (1.10) 根據常微分方程理論，令 ，代入方程(1.10)，導出特征值方程為 (1.11) 相應的特征值為 (1.12) 對應的線性無關特解根據阻尼比大小有如表1.1所示三種情況。 表1.1 有阻尼自由振動特征值與特解 (1)當ζ＜1時，微分方程的通解為 (1.13) 其中，C1，C2為待定常數，與無阻尼自由振動類似，由初始條件決定。 則方程(1.10)滿足初始條件的解為 (1.14) 其中，A和θ分別為阻尼自由振動的初始幅值和初相角，其取決于初始條件： (1.15) 為有阻尼振動的固有圓頻率，也是系統的固有的物理參數，它小于無阻尼固有頻率 。 如果將間隔j個周期的兩個振幅相除，并兩邊取對數： (1.16) (1.17) 根據上式，可利用實驗測出系統的阻尼比。 因此，當阻尼比ζ＜1時，阻尼引起能量的耗散，系統為振幅不斷衰減的周期性振動，如圖1.2所示。阻尼比反映了衰減程度，一般稱其為欠阻尼狀態，橋梁結構均為欠阻尼結構，后面內容均默認阻尼比ζ＜1。 圖1.2 欠阻尼系統的衰減振動 (2)當ζ＝1或ζ＞1時，系統的運動為衰減的非往復運動，系統是介于過阻尼與欠阻尼之間的臨界狀態或過阻尼狀態，其不屬于本書所討論的內容。 1.3 有阻尼強迫振動 如果激振力F(t)不為零，該系統為有阻尼強迫振動。此時 (1.18) 根據常微分方程理論，方程的解為 (1.19) 其中，x1(t)為前述有阻尼自由振動的解，其是在振動開始后短時持續的衰減振動，故稱為暫態振動；x2(t)為方程(1.18)的特解，與F(t)有關，它表示在激振力作用下的持續振動，故稱為穩態振動。 為簡便起見，以F(t)為簡諧力為例進行分析，令，有 (1.20) 其特解為 (1.21) 其中，為激振頻率和固有頻率之比；為響應相位差；i為虛數單位。 令，則有 (1.22) 其中，為穩態振動的實振幅； 為振幅放大因子。 振幅放大因子β和響應相位差θ均與頻率比s相關，因而分別被稱為幅頻特性和相頻特性，如圖1.3和圖1.4所示。 圖1.3 幅頻特性曲線 圖1.4 相頻特性曲線
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