本书涵盖了风荷载链的五个主要环节:全球风气候、场地风特性、气动响应、结构风致响应和设计标准。主要内容包括风气候、大气边界层的自然风、静风荷载、单自由度结构顺风向风振响应、钝体风振响应、旋涡脱落引起的横向风振、桥梁风荷载作用、弛振及风洞试验方面的基本理论和计算方法;此外,在附录中还给出了与风荷载及结构风响应计算相关的数理统计知识和数学计算方法。上述内容使读者能全面了解风工程研究的基本理论和方法。
本书章节简繁有致,注重基本概念和基本公式的阐述和推导,对相关理论知识和研究方法详尽阐释,将理论分析与规范应用相结合,适用范围广。该书既可作为结构抗风设计和风工程研究的参考书,也可作为高等院校土木工程专业高年级学生或研究生的教材。
序 言
本书旨在为咨询工程师提供结构抗风设计方面的指导,同时也可作为高等院校土木工程高年级学生或研究生的教材或参考书。
本书英文版源于作者1989年在丹麦出版的著作《Vindlast pa bcecerendekon-stmktioner》,然而,本书在丹麦版的基础上又有较大的调整和补充,力臻内容完善。我们对丹麦建筑研究院积极支持该书英文版的问世表示感谢。
作者在手稿准备过程中得到了大量的帮助,位于特隆赫姆(Trondheim)的挪威科技大学的埃里克·约尔特·汉森(Erik Hjorth-Hansen)教授、英国的弗林特与尼尔(Flint & Neill)土木与结构咨询工程师合伙企业的资深合伙人布赖恩·W·斯密斯(Brian W.Smith)先生及丹麦斯文·奥勒·汉森(Svend Ole Hansen)咨询公司的拉尔斯·T·托尔贝克(Lars T.Thorbek B.Sc.)咨询工程师提供了目前该领域内最新的研究成果。丹麦气象和风能局的里瑟(Riso)国家实验室提供的相关场地风速测量历史资料为本书写作提供了诸多方便。
埃斯特·马滕斯(Esther Martens)夫人绘制了大量插图,本书的手稿大部分由英厄·瑟伦森(Inge Sorensen)夫人录入,埃伦·笛尔贝(Helen Dyrbye)女士纠正了本书的不少语法错误,在此一并对她们的帮助致谢。
第1章 绪论1 第2章 风气候4 2.1 气象分类4
2.2 全球大气环流7
2.3 地转风和梯度风10
2.4 热力第二循环(台风)13
2.5 局部性气候14
第3章 大气边界层的自然风17 3.1 湍流风17
3.2 平均风速--风剖面21
3.3 非平坦场地28
3.4 极值风30
3.5 湍流风35
3.5.1 湍流风分量的标准差35
3.5.2 时间尺度和积分长度尺度36
3.5.3 功率谱密度函数 37
3.5.4 两点间湍流的相关性40
3.5.5 欧洲规范1中关于湍流风的规定 43
第4章 静风载45 4.1 极值静风荷载45
4.2 作用在建筑物上的风荷载46
4.3 结构表面上点风荷载的数学描述51
4.4 作用在结构上的总风载--达文波特模型52
4.5 气动导纳函数56
4.5.1 面压力标准相关谱56
4.5.2 细长区域57
4.5.3 矩形区域60
4.6 高斯过程的峰值系数61
4.7 内部风荷载63
4.8 欧洲规范1中的静风载64
4.8.1 风压64
4.8.2 总体风荷载65
4.8.3 尺寸效应系数 68
第5章 单自由度结构顺风向风振响应69 5.1 等效静力荷载与动力响应69
5.2 点状结构的风荷载作用70
5.3 大型结构的风荷载作用71
5.4 阵风响应系数72
第6章 钝体顺风向响应73 6.1 计算假设73
6.2 联合接纳函数与缩尺函数74
6.3 结构极值响应75
6.4 细长结构的响应76
6.4.1 平均响应77
6.4.2 背景湍流响应 77
6.4.3 湍流共振响应 80
6.5 板状结构的响应84
6.5.1 平均响应84
6.5.2 背景湍流响应 85
6.5.3 共振湍流响应 87
6.5.4 常号模态88
6.5.5 变号模态89
6.6 设计方法90
6.6.1 常号模态结构的设计方法91
6.6.2 变号模态的设计方法95
6.6.3 具有复杂模态的结构98
6.7 欧洲规范1的讨论99
第7章 旋涡脱落引起的横向风振102 7.1 物理背景103
7.2 拟静态结构上的旋涡脱落105
7.3 由结构运动产生的横向风荷载109
7.4 以谱模型为基础的旋涡脱落响应113
7.4.1 旋涡脱落谱响应113
7.4.2 加拿大规范 NBC 1990116
7.4.3 CICIND模型规范118
7.4.4 混凝土烟囱的计算响应与观测响应比较 119
7.5 基于旋涡共振模型的旋涡脱落响应120
7.5.1 旋涡脱落共振响应120
7.5.2 欧洲规范1122
7.5.3 钢结构测算响应与观测响应的对比124
7.6 设计127
7.7 旋涡振动的减振128
7.8 例题:60m高的钢烟囱130
第8章 桥梁风荷载作用135 8.1 桥板上的平均风荷载137
8.2 结构运动引起的风荷载139
8.2.1 桥板截面139
8.2.2 模态荷载141
8.2.3 气动导数142
8.2.4 风荷载作用下结构的固有频率和阻尼比 144
8.3 抖振146
8.4 耦合颤振152
8.5 悬索桥施工期间的颤振157
8.6 欧洲规范1中关于桥梁的条文163
第9章 弛振164第10章 风洞试验167 10.1 模型规律167
10.1.1 弗劳德模型规律169
10.1.2 雷诺模型规律 170
10.1.3 杰森模型规律 172
10.2 风洞技术175
附录A 随机变量与随机过程178
A.l 一维随机变量178
A.2 二维随机变量181
A.3 随机过程182
A.4 界限值交叉点和极值189
附录B 重积分的计算193
附录C 线性结构的振动196
C.1 模态的正交性196
C.2 运动方程197
C.3 外荷载响应198
附录D 求解颤振方程200
参考文献202
译后记209