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何艳丽 著

图书标签:

• 空间结构
• 风工程
• 建筑工程
• 结构工程
• 气动学
• 数值模拟
• 风洞试验
• 抗风设计
• 建筑力学
• 工程应用

出版社： 上海交通大学出版社

ISBN：9787313084064

版次：1

商品编码：11129781

包装：精装

开本：16开

出版时间：2012-09-01

用纸：胶版纸

页数：245

字数：297000

正文语种：中文

内容简介

　　《空间结构风工程》浅入深出地阐述了空间结构风工程的基本理论、分析方法、试验技术以及风工程最新的进展和研究成果，主要内容包括：结构风的基本特征、风荷载的模拟方法、风振响应的分析方法、计算流体动力学数值模拟方法以及风洞试验技术。
　　《空间结构风工程》内容丰富、体系完整，注重理论与实际工程结合，既可作为结构工程相关专业的研究生教学用书，也可作为结构工程人员的参考资料。

内页插图

目录

第1章 概论
1.1 空间结构风毁的案例
1.2 风振理论研究
1.3 我国的空间结构风工程研究

第2章 结构风工程基础知识
2.1 结构动力学基础知识
2.1.1 结构振动方程
2.1.2 结构动力特性
2.1.3 结构的强迫振动
2.2 随机振动基础知识
2.2.1 随机变量
2.2.2 随机变量的数值特性
2.2.3 随机过程
2.2.4 线性单自由度系统的随机响应
2.3 流体力学基本知识
2.3.1 常用的无量纲参数
2.3.2 理想流体与黏性流体
2.3.3 可压流体与不可压流体
2.3.4 定常与非定常流动
2.3.5 拉格朗日描述法与欧拉捕述法
2.3.6 边界层
2.3.7 层流与湍流
2.3.8 流体力学基本方程

第3章 结构风的基本特性
3.1 自然风
3.1.1 概述
3.1.2 自然风强度分级
3.2 风轴坐标描述
3.3 基本风速
3.4 近地风特性
3.4.1 大气边界层气流
3.4.2 平均风特性
3.4.3 脉动风特性
3.5 风速与风压的关系
3.6 结构上的风荷载
3.6.1 结构上的平均风荷载
3.6.2 结构上的脉动风荷载

第4章 风荷载模拟
4.1 谐波合成法
4.2 线性滤波方法
4.3 算例分析

第5章 空间结构顺风向风振响应分析方法
5.1 概述
5.2 风振响应分析时域法
5.3 随机振动离散分析法
5.4 风振响应分析频域法
5.5 模态补偿的频域分析法
5.5.1 基本假定
5.5.2 模态对系统结构应变能的贡献及模态补偿
5.5.3 背景响应计算
5.6 空间结构顺风向风振系数
5.6.1 风振系数的定义
5.6.2 几种简单形态空间结构的风振系数
5.6.3 关于风振系数的几点说明
5.7 阵风系数
5.8 算例分析

第6章 空间结构横风向风振
6.1 涡激振动
6.1.1 涡振基本机理
6.1.2 涡激力模型
6.2 空间结构旋涡脱落共振响应分析计算
6.3 斯托罗哈数的选取
6.4 涡激振动时程分析算例介绍
6.5 横风向驰振
6.6 空间结构驰振失稳临界风速判别准则
6.7 临界风速判别式的验证
6.8 横风向效应与顺风向效应的组合
6.9 驰振临界风速算例分析

第7章 空间结构的计算流体力学分析方法
7.1 概述
7.2 CFD的求解过程
7.3 流体控制方程（纳维-斯托克方程）及其数值模拟方法
7.4 雷诺平均纳维-斯托克方程及湍流物理模型
7.4.1 雷诺平均N-S方程
7.4.2 雷诺平均法的湍流模型
7.5 大涡模拟、分离涡模拟及其湍流模型
7.6 基于SIMPLE算法的流场数值计算
7.6.1 流场非线性方程计算的SIMPLE算法
7.6.2 离散方程组的基本解法
7.7 流固耦合
7.7.1 运动学和动力学条件
7.7.2 耦合系统中的有限元方程
7.7.3 迭代法求解双向耦合
7.7.4 直接法计算双向耦合
7.8 钝体绕流数值模拟的建议
7.9 算例分析

第8章 风洞试验技术
8.1 边界层风洞
8.1.1 边界层风洞的构造与特点
8.1.2 风洞试验的主要仪器设备
8.2 相似性理论
8.3 建筑模型风洞试验
8.3.1 大气边界层的模拟
8.3.2 建筑模型风洞试验的类型与用途
8.3.3 建筑模型表面压力测试
8.3.4 同步压力测试法
8.3.5 气动弹性模型风效应试验
8.4 大跨屋盖刚性模型风压实验实例介绍
8.5 空间结构气弹模型风洞试验实例介绍

附录 A全国各城市的风压值
附录 B风荷载体型系数

前言/序言

《空间结构的动力响应与风荷载研究》 一、 引言 随着现代建筑技术的飞速发展，大跨度、轻质化、复杂形态的空间结构在城市建设中扮演着越来越重要的角色。这些结构如体育场馆、会展中心、机场航站楼、高层建筑群以及特种工程结构等，因其独特的空间形态和巨大的跨度，在抵抗外部荷载，尤其是风荷载方面，面临着严峻的挑战。风，作为一种自然界普遍存在的动力荷载，其随机性、不确定性和随时间、空间的变化性，对空间结构的安全性、舒适性和耐久性构成了显著威胁。结构的风致振动、不利共振、甚至结构破坏，都可能由风荷载引起。因此，深入研究空间结构的动力响应，准确评估风荷载的特性，并在此基础上提出有效的风致振动控制措施，对于保障结构安全、提升工程品质具有至关重要的意义。 本书《空间结构的动力响应与风荷载研究》旨在系统地梳理和探讨空间结构在风荷载作用下的动力行为及其应对策略。我们并非涵盖所有关于“空间结构风工程”的知识，而是专注于结构在风作用下的动力学特性，以及如何精准地模拟和评估这些动力效应。本书将侧重于理论分析、数值模拟和风洞试验的结合，为工程师、研究人员和设计者提供一套严谨且实用的分析框架和技术手段。 二、 风荷载的特性与评估 风荷载并非一个恒定不变的数值，而是具有显著的随机性和周期性。理解风的特性是进行结构风工程分析的基础。 1. 风的统计特性： 我们首先需要了解风的统计参数，如平均风速、风速的脉动成分、风速的极值分布等。这些参数的获取通常依赖于长期的气象观测数据，并运用极值理论（如Gumbel分布、Frechet分布等）进行统计分析，以确定设计风速。本书将详细介绍不同国家和地区在风速统计上的差异，以及如何根据场地条件选择合适的统计模型。 2. 风的阵风效应： 风速的瞬时值与其长期平均值存在显著差异，这种瞬时的高速风被称为阵风。阵风对结构的冲击尤为剧烈，可能导致结构产生较大的瞬时位移和加速度。本书将深入探讨阵风的特性，包括其持续时间、上升时间、衰减时间等，并介绍如何通过功率谱密度函数（如Kaimal谱、Davenport谱等）来描述风速脉动的频率成分。 3. 风的梯度和湍流边界层： 风速随着高度的增加而增大，在结构附近形成湍流边界层。边界层的厚度、湍流强度、湍流尺度等参数会影响结构所承受的风荷载分布。本书将阐述不同地貌（如开阔地、城市密集区、海岸线等）下湍流边界层的形成机制和特性，并介绍如何根据场地地形和周围环境的粗糙度来确定风速沿高度的分布规律。 4. 风的动力学模型： 为了更准确地模拟风荷载作用，需要建立相应的动力学模型。本书将介绍两种主要的建模方法： 随机过程模型： 将风荷载视为一个随机过程，利用其统计特性（均值、方差、自相关函数、功率谱密度等）来描述风的随机性。 数值模拟模型： 通过计算流体动力学（CFD）等数值方法，直接模拟风在结构表面的流动，从而获得更精细的风压分布和瞬时风荷载。本书将重点介绍CFD方法在风荷载模拟中的应用，包括网格划分、湍流模型选择、边界条件设置等。 三、 空间结构的动力响应分析 一旦准确地确定了风荷载，接下来的关键是分析空间结构在这些动力荷载作用下的响应。 1. 结构动力学基本理论： 本书将首先回顾结构动力学的基础知识，包括自由振动、强迫振动、阻尼、模态分析等。对于多自由度体系，将重点介绍质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵的建立，以及振动方程的求解方法，如直接积分法、模态叠加法等。 2. 风振响应分析方法： 针对空间结构的风振响应，我们将介绍几种常用的分析方法： 功率谱密度法（PSD法）： 基于随机过程理论，通过结构的动力特性和风荷载的功率谱密度，计算结构响应的功率谱密度，进而求解响应的均方根值、极值等统计参数。本书将详细推导PSD法的基本原理，并介绍其在单自由度和多自由度体系中的应用。 时程分析法： 将风荷载模拟为一系列的瞬时值（风的湍流过程），然后直接求解结构在这些瞬时荷载作用下的动力响应。这种方法能够捕捉风荷载的非线性特性和结构的非线性响应，但计算量较大。本书将重点介绍在时程分析中如何生成逼真的风荷载时程，以及如何处理结构的非线性。 蒙特卡洛模拟法： 通过多次随机生成风荷载样本，并分别进行时程分析，最终统计所有样本的响应结果，以获得可靠的统计信息。这种方法对于分析极端风荷载下的结构响应尤其有效。 3. 关键动力响应指标： 在分析过程中，我们将关注以下几个关键的动力响应指标： 位移： 结构的瞬时位移和最大位移，直接关系到结构的变形是否过大，影响使用功能。 速度和加速度： 结构的瞬时速度和最大加速度，对于人员的舒适性（尤其在高层建筑和桥梁中）至关重要。过大的加速度可能引起不适甚至恐慌。 应力与内力： 结构构件在风荷载作用下的瞬时应力与内力，用于进行结构的强度校核。 结构的动力特性（自振频率、阻尼比）： 结构的动力特性会显著影响其对风的敏感性。了解这些特性有助于判断结构发生共振的风险。 四、 针对性分析实例与模拟技术 理论的精深需要与工程实践紧密结合。本书将通过一系列具有代表性的空间结构案例，深入探讨具体的风工程分析技术。 1. 不同类型空间结构的动力响应特征： 大跨度屋盖结构（如体育场馆）： 膜结构、张拉整体结构、空间网壳结构等，由于其轻质和柔性，对风荷载尤为敏感，容易发生整体振动和局部失稳。 高层建筑群： 建筑之间的风相互作用（绕流效应）对单体建筑的风荷载影响不可忽视。本书将探讨群体效应的模拟方法。 桥梁结构（如斜拉桥、悬索桥）： 桥梁的柔性和大跨度使其容易受到风的影响，可能发生颤振、涡激振动等不利现象。 特种结构（如烟囱、冷却塔）： 这些结构具有特殊的形状，其绕流特性和风荷载分布也与常规结构有所不同。 2. 数值模拟技术的应用： 计算流体动力学（CFD）： 详细介绍CFD在风荷载精确模拟中的应用，包括湍流模型的选择（如RANS、LES）、网格分辨率对精度的影响、以及如何处理复杂几何形状。 有限元分析（FEA）： 阐述FEA在结构动力响应分析中的作用，包括模型简化、材料非线性、接触非线性等。 耦合分析： 介绍CFD与FEA的耦合分析方法，实现风荷载与结构动力响应的迭代计算，获得更真实的模拟结果。 3. 风洞试验的应用与验证： 风洞试验是验证数值模拟结果、获取精确风荷载数据的重要手段。本书将介绍： 风洞试验的类型： 固支模型试验、颤振模型试验、表面测压试验等。 缩尺效应的考虑： 如何在缩尺模型中保证动力学相似性，以及对缩尺效应的修正。 试验数据的处理与分析： 如何从风洞试验数据中提取有用的风荷载信息，并与数值模拟结果进行比对。 五、 风致振动控制策略 在充分了解结构的动力响应后，针对可能出现的不利风振现象，需要采取有效的控制措施。 1. 被动控制方法： 结构刚度与阻尼的优化： 通过调整结构材料、构件截面、连接方式等，提高结构的刚度和阻尼。 附加阻尼器： 如粘滞阻尼器、摩擦阻尼器、调谐质量阻尼器（TMD）等，能够耗散结构的振动能量。本书将重点介绍TMD在空间结构中的设计和应用。 结构形状优化： 通过改变结构的整体外形，减少风荷载的集聚和绕流的不稳定性。 2. 主动控制方法： 传感器与执行器协同工作： 利用传感器实时监测结构的振动响应，并通过执行器主动施加反向作用力，抵消不利振动。本书将介绍当前主流的主动控制技术，如半主动控制和全主动控制。 3. 隔震与减震技术： 对于某些特殊结构，隔震与减震技术也能在一定程度上改善其抗风性能。 六、 结论与展望 本书通过对空间结构风荷载特性的深入剖析，以及对其动力响应的系统性研究，力求为相关领域的工程实践和理论发展提供有益的参考。尽管在空间结构风工程领域的研究已取得显著进展，但面对日益复杂化的结构形态和不断变化的自然环境，仍有诸多挑战需要克服。未来，计算能力的提升将进一步推动高精度CFD模拟和大规模时程分析的发展；更加智能化的传感器和控制技术将为结构主动防风提供更多可能；而机器学习等新兴技术在风荷载预测和结构响应分析中的应用，也将为风工程领域带来新的突破。 本书旨在勾勒出空间结构风工程研究的轮廓，而非包罗万象。我们希望读者能够从中获得对这一重要学科的深刻理解，并激发进一步探索的兴趣。 致谢： 作者感谢所有为本书的撰写提供帮助的同行、学者以及相关机构。 参考文献： （此处将列出详细的参考文献，涵盖国内外相关领域的权威著作、期刊论文及技术报告，以支持本书的理论和技术内容。）

评分☆☆☆☆☆

我最近在阅读《高级材料科学导论》，这本书的广度和深度都让我感到惊艳。它似乎瞄准了研究生教育的最高标准，内容涵盖了从晶体结构缺陷到纳米材料热力学的全方位知识体系。最让我印象深刻的是它对“相变动力学”的处理，作者没有简单地罗列吉布斯自由能图，而是引入了时间依赖性参数，详细阐述了成核和生长的微观机制，配图非常精美，能清晰地展示出临界核的形成过程。读完这部分，我对热处理过程中材料性能如何随时间变化有了全新的认识。更值得称赞的是，它没有停留在传统金属材料上，而是用相当大的篇幅讨论了高分子材料的蠕变行为以及复合材料的界面行为，这对于跨学科研究者来说是极大的便利。这本书的行文风格非常严谨，逻辑链条紧密无懈可击，几乎每一个论断都有坚实的实验数据或理论模型作为后盾，绝对不是一本泛泛而谈的入门读物。

评分☆☆☆☆☆

这本《流体动力学原理与应用》简直是物理系学生和工程师的福音。它不仅仅是一本教科书，更像是一本详尽的指南，将那些晦涩的纳维-斯托克斯方程讲解得透彻易懂。作者在开篇就花了很大篇幅来阐述基础概念，比如雷诺数的物理意义，以及伯努利定律在不同流场中的适用边界。我特别欣赏其中关于边界层理论的深入剖析，无论是层流还是湍流，书里都有详尽的数学推导和丰富的工程案例作为支撑。比如，在讲解机翼升力产生机制时，它没有停留在简单的科里奥利效应描述上，而是结合了粘性流动的复杂性，通过数值模拟的结果图来佐证理论推断，这一点对于理解实际工程问题中的气动效率至关重要。此外，书中对复杂几何体绕流问题的处理，尤其是关于分离点预测和尾流演化的部分，提供了非常实用的分析工具，即便是初次接触这方面内容的读者，只要肯下功夫，也能迅速掌握分析复杂流场问题的基本框架。它绝对是值得反复研读的经典之作。

评分☆☆☆☆☆

我最近在研读的《现代控制理论基础》简直是理论与工程实践完美结合的典范。这本书的叙事节奏把握得非常好，它没有急于跳入复杂的状态空间模型，而是用大量的篇幅回顾了经典的反馈控制系统，如PID控制的局限性，为引入现代控制思想做了充分的铺垫。关于李雅普诺夫稳定性理论的章节，是全书的精华所在。作者没有直接给出复杂的二阶或三阶方程的稳定性判据，而是通过一个生动的机械臂控制模型，展示了如何构建一个合理的二次型李雅普诺夫函数，并直观地解释了能量“衰减”的物理含义，这让抽象的数学工具变得触手可及。即便是像能控性和能观性这样的纯代数概念，书中也配有详细的矩阵秩分析，并解释了在实际传感器和执行器故障时，这些概念的工程意义。阅读体验上，它的图示清晰、排版干净，是那种能让人沉浸其中，忘记时间流逝的专业书籍。

评分☆☆☆☆☆

《电磁场与电磁波》这本书，在我看来，是少有的能将麦克斯韦方程组讲出“诗意”的教材。初读时，我担心它会像许多传统教材一样，陷入繁琐的矢量微积分推导而失去对物理图像的把握，但事实证明我的担忧是多余的。作者在引入四个基本方程后，立即转向了实际的物理场景，比如均匀平面波的传播特性，详细对比了不同介质（良导体、介质、真空）下的传播常数和波阻抗，这种对比分析极大地加深了对边界条件的理解。关于坡印廷矢量和电磁波能量流动的解释尤其精彩，书中通过一个三维透视图，清晰地展示了电场和磁场能量如何在空间中传递和交换，这种对能量本质的关注，远超出了单纯求解微分方程的范畴。全书的习题设计也很有层次感，从基础的亥姆霍兹方程求解，到后期的天线辐射功率计算，步步递进，真正做到了理论与工程应用的无缝衔接，对于志在从事射频和微波领域研究的读者来说，这是不可多得的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

《概率论与数理统计（第三版）》这本书的编写风格简直是清流中的一股暖流。很多教材在处理随机变量和统计推断时，总喜欢用一些脱离实际的抽象例子，让人读了昏昏欲睡。但这本教材却反其道而行之，它大量引用了金融建模、生物医学数据分析以及环境监测中的真实数据进行案例分析。例如，在讲解中心极限定理时，它不是简单地画出正态分布曲线，而是展示了上万次模拟投保人理赔次数的直方图是如何趋向于正态分布的，这种直观性极大地增强了理论的可信度和学习兴趣。对于统计推断部分，作者对假设检验的每一步逻辑都做了极其细致的铺垫，从P值的实际意义到第二类错误的控制，都讲解得清晰到位，避免了那种“知其然不知其所以然”的尴尬境地。这本书的习题设计也极为巧妙，后半部分的案例分析题，需要综合运用回归分析和时间序列方法，极大地锻炼了读者的实际应用能力。

评分☆☆☆☆☆

1.2 风振理论研究

评分☆☆☆☆☆

8.3.5 气动弹性模型风效应试验

评分☆☆☆☆☆

《空间结构风工程》内容丰富、体系完整，注重理论与实际工程结合，既可作为结构工程相关专业的研究生教学用书，也可作为结构工程人员的参考资料。

评分☆☆☆☆☆

3.6.1 结构上的平均风荷载

评分☆☆☆☆☆

2.2.4 线性单自由度系统的随机响应

评分☆☆☆☆☆

8.3.1 大气边界层的模拟

评分☆☆☆☆☆

2.3 流体力学基本知识

评分☆☆☆☆☆

写的挺详细

评分☆☆☆☆☆

不错，是正版，就是有点小贵！内容还没认真看！希望有用！