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何艷麗 著

圖書標籤:

• 空間結構
• 風工程
• 建築工程
• 結構工程
• 氣動學
• 數值模擬
• 風洞試驗
• 抗風設計
• 建築力學
• 工程應用

齣版社： 上海交通大學齣版社

ISBN：9787313084064

版次：1

商品編碼：11129781

包裝：精裝

開本：16開

齣版時間：2012-09-01

用紙：膠版紙

頁數：245

字數：297000

正文語種：中文

內容簡介

　　《空間結構風工程》淺入深齣地闡述瞭空間結構風工程的基本理論、分析方法、試驗技術以及風工程最新的進展和研究成果，主要內容包括：結構風的基本特徵、風荷載的模擬方法、風振響應的分析方法、計算流體動力學數值模擬方法以及風洞試驗技術。
　　《空間結構風工程》內容豐富、體係完整，注重理論與實際工程結閤，既可作為結構工程相關專業的研究生教學用書，也可作為結構工程人員的參考資料。

內頁插圖

目錄

第1章 概論
1.1 空間結構風毀的案例
1.2 風振理論研究
1.3 我國的空間結構風工程研究

第2章 結構風工程基礎知識
2.1 結構動力學基礎知識
2.1.1 結構振動方程
2.1.2 結構動力特性
2.1.3 結構的強迫振動
2.2 隨機振動基礎知識
2.2.1 隨機變量
2.2.2 隨機變量的數值特性
2.2.3 隨機過程
2.2.4 綫性單自由度係統的隨機響應
2.3 流體力學基本知識
2.3.1 常用的無量綱參數
2.3.2 理想流體與黏性流體
2.3.3 可壓流體與不可壓流體
2.3.4 定常與非定常流動
2.3.5 拉格朗日描述法與歐拉捕述法
2.3.6 邊界層
2.3.7 層流與湍流
2.3.8 流體力學基本方程

第3章 結構風的基本特性
3.1 自然風
3.1.1 概述
3.1.2 自然風強度分級
3.2 風軸坐標描述
3.3 基本風速
3.4 近地風特性
3.4.1 大氣邊界層氣流
3.4.2 平均風特性
3.4.3 脈動風特性
3.5 風速與風壓的關係
3.6 結構上的風荷載
3.6.1 結構上的平均風荷載
3.6.2 結構上的脈動風荷載

第4章 風荷載模擬
4.1 諧波閤成法
4.2 綫性濾波方法
4.3 算例分析

第5章 空間結構順風嚮風振響應分析方法
5.1 概述
5.2 風振響應分析時域法
5.3 隨機振動離散分析法
5.4 風振響應分析頻域法
5.5 模態補償的頻域分析法
5.5.1 基本假定
5.5.2 模態對係統結構應變能的貢獻及模態補償
5.5.3 背景響應計算
5.6 空間結構順風嚮風振係數
5.6.1 風振係數的定義
5.6.2 幾種簡單形態空間結構的風振係數
5.6.3 關於風振係數的幾點說明
5.7 陣風係數
5.8 算例分析

第6章 空間結構橫風嚮風振
6.1 渦激振動
6.1.1 渦振基本機理
6.1.2 渦激力模型
6.2 空間結構鏇渦脫落共振響應分析計算
6.3 斯托羅哈數的選取
6.4 渦激振動時程分析算例介紹
6.5 橫風嚮馳振
6.6 空間結構馳振失穩臨界風速判彆準則
6.7 臨界風速判彆式的驗證
6.8 橫風嚮效應與順風嚮效應的組閤
6.9 馳振臨界風速算例分析

第7章 空間結構的計算流體力學分析方法
7.1 概述
7.2 CFD的求解過程
7.3 流體控製方程（納維-斯托剋方程）及其數值模擬方法
7.4 雷諾平均納維-斯托剋方程及湍流物理模型
7.4.1 雷諾平均N-S方程
7.4.2 雷諾平均法的湍流模型
7.5 大渦模擬、分離渦模擬及其湍流模型
7.6 基於SIMPLE算法的流場數值計算
7.6.1 流場非綫性方程計算的SIMPLE算法
7.6.2 離散方程組的基本解法
7.7 流固耦閤
7.7.1 運動學和動力學條件
7.7.2 耦閤係統中的有限元方程
7.7.3 迭代法求解雙嚮耦閤
7.7.4 直接法計算雙嚮耦閤
7.8 鈍體繞流數值模擬的建議
7.9 算例分析

第8章 風洞試驗技術
8.1 邊界層風洞
8.1.1 邊界層風洞的構造與特點
8.1.2 風洞試驗的主要儀器設備
8.2 相似性理論
8.3 建築模型風洞試驗
8.3.1 大氣邊界層的模擬
8.3.2 建築模型風洞試驗的類型與用途
8.3.3 建築模型錶麵壓力測試
8.3.4 同步壓力測試法
8.3.5 氣動彈性模型風效應試驗
8.4 大跨屋蓋剛性模型風壓實驗實例介紹
8.5 空間結構氣彈模型風洞試驗實例介紹

附錄 A全國各城市的風壓值
附錄 B風荷載體型係數

前言/序言

《空間結構的動力響應與風荷載研究》 一、 引言 隨著現代建築技術的飛速發展，大跨度、輕質化、復雜形態的空間結構在城市建設中扮演著越來越重要的角色。這些結構如體育場館、會展中心、機場航站樓、高層建築群以及特種工程結構等，因其獨特的空間形態和巨大的跨度，在抵抗外部荷載，尤其是風荷載方麵，麵臨著嚴峻的挑戰。風，作為一種自然界普遍存在的動力荷載，其隨機性、不確定性和隨時間、空間的變化性，對空間結構的安全性、舒適性和耐久性構成瞭顯著威脅。結構的風緻振動、不利共振、甚至結構破壞，都可能由風荷載引起。因此，深入研究空間結構的動力響應，準確評估風荷載的特性，並在此基礎上提齣有效的風緻振動控製措施，對於保障結構安全、提升工程品質具有至關重要的意義。 本書《空間結構的動力響應與風荷載研究》旨在係統地梳理和探討空間結構在風荷載作用下的動力行為及其應對策略。我們並非涵蓋所有關於“空間結構風工程”的知識，而是專注於結構在風作用下的動力學特性，以及如何精準地模擬和評估這些動力效應。本書將側重於理論分析、數值模擬和風洞試驗的結閤，為工程師、研究人員和設計者提供一套嚴謹且實用的分析框架和技術手段。 二、 風荷載的特性與評估 風荷載並非一個恒定不變的數值，而是具有顯著的隨機性和周期性。理解風的特性是進行結構風工程分析的基礎。 1. 風的統計特性： 我們首先需要瞭解風的統計參數，如平均風速、風速的脈動成分、風速的極值分布等。這些參數的獲取通常依賴於長期的氣象觀測數據，並運用極值理論（如Gumbel分布、Frechet分布等）進行統計分析，以確定設計風速。本書將詳細介紹不同國傢和地區在風速統計上的差異，以及如何根據場地條件選擇閤適的統計模型。 2. 風的陣風效應： 風速的瞬時值與其長期平均值存在顯著差異，這種瞬時的高速風被稱為陣風。陣風對結構的衝擊尤為劇烈，可能導緻結構産生較大的瞬時位移和加速度。本書將深入探討陣風的特性，包括其持續時間、上升時間、衰減時間等，並介紹如何通過功率譜密度函數（如Kaimal譜、Davenport譜等）來描述風速脈動的頻率成分。 3. 風的梯度和湍流邊界層： 風速隨著高度的增加而增大，在結構附近形成湍流邊界層。邊界層的厚度、湍流強度、湍流尺度等參數會影響結構所承受的風荷載分布。本書將闡述不同地貌（如開闊地、城市密集區、海岸綫等）下湍流邊界層的形成機製和特性，並介紹如何根據場地地形和周圍環境的粗糙度來確定風速沿高度的分布規律。 4. 風的動力學模型： 為瞭更準確地模擬風荷載作用，需要建立相應的動力學模型。本書將介紹兩種主要的建模方法： 隨機過程模型： 將風荷載視為一個隨機過程，利用其統計特性（均值、方差、自相關函數、功率譜密度等）來描述風的隨機性。 數值模擬模型： 通過計算流體動力學（CFD）等數值方法，直接模擬風在結構錶麵的流動，從而獲得更精細的風壓分布和瞬時風荷載。本書將重點介紹CFD方法在風荷載模擬中的應用，包括網格劃分、湍流模型選擇、邊界條件設置等。 三、 空間結構的動力響應分析 一旦準確地確定瞭風荷載，接下來的關鍵是分析空間結構在這些動力荷載作用下的響應。 1. 結構動力學基本理論： 本書將首先迴顧結構動力學的基礎知識，包括自由振動、強迫振動、阻尼、模態分析等。對於多自由度體係，將重點介紹質量矩陣、剛度矩陣、阻尼矩陣的建立，以及振動方程的求解方法，如直接積分法、模態疊加法等。 2. 風振響應分析方法： 針對空間結構的風振響應，我們將介紹幾種常用的分析方法： 功率譜密度法（PSD法）： 基於隨機過程理論，通過結構的動力特性和風荷載的功率譜密度，計算結構響應的功率譜密度，進而求解響應的均方根值、極值等統計參數。本書將詳細推導PSD法的基本原理，並介紹其在單自由度和多自由度體係中的應用。 時程分析法： 將風荷載模擬為一係列的瞬時值（風的湍流過程），然後直接求解結構在這些瞬時荷載作用下的動力響應。這種方法能夠捕捉風荷載的非綫性特性和結構的非綫性響應，但計算量較大。本書將重點介紹在時程分析中如何生成逼真的風荷載時程，以及如何處理結構的非綫性。 濛特卡洛模擬法： 通過多次隨機生成風荷載樣本，並分彆進行時程分析，最終統計所有樣本的響應結果，以獲得可靠的統計信息。這種方法對於分析極端風荷載下的結構響應尤其有效。 3. 關鍵動力響應指標： 在分析過程中，我們將關注以下幾個關鍵的動力響應指標： 位移： 結構的瞬時位移和最大位移，直接關係到結構的變形是否過大，影響使用功能。 速度和加速度： 結構的瞬時速度和最大加速度，對於人員的舒適性（尤其在高層建築和橋梁中）至關重要。過大的加速度可能引起不適甚至恐慌。 應力與內力： 結構構件在風荷載作用下的瞬時應力與內力，用於進行結構的強度校核。 結構的動力特性（自振頻率、阻尼比）： 結構的動力特性會顯著影響其對風的敏感性。瞭解這些特性有助於判斷結構發生共振的風險。 四、 針對性分析實例與模擬技術 理論的精深需要與工程實踐緊密結閤。本書將通過一係列具有代錶性的空間結構案例，深入探討具體的風工程分析技術。 1. 不同類型空間結構的動力響應特徵： 大跨度屋蓋結構（如體育場館）： 膜結構、張拉整體結構、空間網殼結構等，由於其輕質和柔性，對風荷載尤為敏感，容易發生整體振動和局部失穩。 高層建築群： 建築之間的風相互作用（繞流效應）對單體建築的風荷載影響不可忽視。本書將探討群體效應的模擬方法。 橋梁結構（如斜拉橋、懸索橋）： 橋梁的柔性和大跨度使其容易受到風的影響，可能發生顫振、渦激振動等不利現象。 特種結構（如煙囪、冷卻塔）： 這些結構具有特殊的形狀，其繞流特性和風荷載分布也與常規結構有所不同。 2. 數值模擬技術的應用： 計算流體動力學（CFD）： 詳細介紹CFD在風荷載精確模擬中的應用，包括湍流模型的選擇（如RANS、LES）、網格分辨率對精度的影響、以及如何處理復雜幾何形狀。 有限元分析（FEA）： 闡述FEA在結構動力響應分析中的作用，包括模型簡化、材料非綫性、接觸非綫性等。 耦閤分析： 介紹CFD與FEA的耦閤分析方法，實現風荷載與結構動力響應的迭代計算，獲得更真實的模擬結果。 3. 風洞試驗的應用與驗證： 風洞試驗是驗證數值模擬結果、獲取精確風荷載數據的重要手段。本書將介紹： 風洞試驗的類型： 固支模型試驗、顫振模型試驗、錶麵測壓試驗等。 縮尺效應的考慮： 如何在縮尺模型中保證動力學相似性，以及對縮尺效應的修正。 試驗數據的處理與分析： 如何從風洞試驗數據中提取有用的風荷載信息，並與數值模擬結果進行比對。 五、 風緻振動控製策略 在充分瞭解結構的動力響應後，針對可能齣現的不利風振現象，需要采取有效的控製措施。 1. 被動控製方法： 結構剛度與阻尼的優化： 通過調整結構材料、構件截麵、連接方式等，提高結構的剛度和阻尼。 附加阻尼器： 如粘滯阻尼器、摩擦阻尼器、調諧質量阻尼器（TMD）等，能夠耗散結構的振動能量。本書將重點介紹TMD在空間結構中的設計和應用。 結構形狀優化： 通過改變結構的整體外形，減少風荷載的集聚和繞流的不穩定性。 2. 主動控製方法： 傳感器與執行器協同工作： 利用傳感器實時監測結構的振動響應，並通過執行器主動施加反嚮作用力，抵消不利振動。本書將介紹當前主流的主動控製技術，如半主動控製和全主動控製。 3. 隔震與減震技術： 對於某些特殊結構，隔震與減震技術也能在一定程度上改善其抗風性能。 六、 結論與展望 本書通過對空間結構風荷載特性的深入剖析，以及對其動力響應的係統性研究，力求為相關領域的工程實踐和理論發展提供有益的參考。盡管在空間結構風工程領域的研究已取得顯著進展，但麵對日益復雜化的結構形態和不斷變化的自然環境，仍有諸多挑戰需要剋服。未來，計算能力的提升將進一步推動高精度CFD模擬和大規模時程分析的發展；更加智能化的傳感器和控製技術將為結構主動防風提供更多可能；而機器學習等新興技術在風荷載預測和結構響應分析中的應用，也將為風工程領域帶來新的突破。 本書旨在勾勒齣空間結構風工程研究的輪廓，而非包羅萬象。我們希望讀者能夠從中獲得對這一重要學科的深刻理解，並激發進一步探索的興趣。 緻謝： 作者感謝所有為本書的撰寫提供幫助的同行、學者以及相關機構。 參考文獻： （此處將列齣詳細的參考文獻，涵蓋國內外相關領域的權威著作、期刊論文及技術報告，以支持本書的理論和技術內容。）

評分☆☆☆☆☆

這本《流體動力學原理與應用》簡直是物理係學生和工程師的福音。它不僅僅是一本教科書，更像是一本詳盡的指南，將那些晦澀的納維-斯托剋斯方程講解得透徹易懂。作者在開篇就花瞭很大篇幅來闡述基礎概念，比如雷諾數的物理意義，以及伯努利定律在不同流場中的適用邊界。我特彆欣賞其中關於邊界層理論的深入剖析，無論是層流還是湍流，書裏都有詳盡的數學推導和豐富的工程案例作為支撐。比如，在講解機翼升力産生機製時，它沒有停留在簡單的科裏奧利效應描述上，而是結閤瞭粘性流動的復雜性，通過數值模擬的結果圖來佐證理論推斷，這一點對於理解實際工程問題中的氣動效率至關重要。此外，書中對復雜幾何體繞流問題的處理，尤其是關於分離點預測和尾流演化的部分，提供瞭非常實用的分析工具，即便是初次接觸這方麵內容的讀者，隻要肯下功夫，也能迅速掌握分析復雜流場問題的基本框架。它絕對是值得反復研讀的經典之作。

評分☆☆☆☆☆

我最近在研讀的《現代控製理論基礎》簡直是理論與工程實踐完美結閤的典範。這本書的敘事節奏把握得非常好，它沒有急於跳入復雜的狀態空間模型，而是用大量的篇幅迴顧瞭經典的反饋控製係統，如PID控製的局限性，為引入現代控製思想做瞭充分的鋪墊。關於李雅普諾夫穩定性理論的章節，是全書的精華所在。作者沒有直接給齣復雜的二階或三階方程的穩定性判據，而是通過一個生動的機械臂控製模型，展示瞭如何構建一個閤理的二次型李雅普諾夫函數，並直觀地解釋瞭能量“衰減”的物理含義，這讓抽象的數學工具變得觸手可及。即便是像能控性和能觀性這樣的純代數概念，書中也配有詳細的矩陣秩分析，並解釋瞭在實際傳感器和執行器故障時，這些概念的工程意義。閱讀體驗上，它的圖示清晰、排版乾淨，是那種能讓人沉浸其中，忘記時間流逝的專業書籍。

評分☆☆☆☆☆

《電磁場與電磁波》這本書，在我看來，是少有的能將麥剋斯韋方程組講齣“詩意”的教材。初讀時，我擔心它會像許多傳統教材一樣，陷入繁瑣的矢量微積分推導而失去對物理圖像的把握，但事實證明我的擔憂是多餘的。作者在引入四個基本方程後，立即轉嚮瞭實際的物理場景，比如均勻平麵波的傳播特性，詳細對比瞭不同介質（良導體、介質、真空）下的傳播常數和波阻抗，這種對比分析極大地加深瞭對邊界條件的理解。關於坡印廷矢量和電磁波能量流動的解釋尤其精彩，書中通過一個三維透視圖，清晰地展示瞭電場和磁場能量如何在空間中傳遞和交換，這種對能量本質的關注，遠超齣瞭單純求解微分方程的範疇。全書的習題設計也很有層次感，從基礎的亥姆霍茲方程求解，到後期的天綫輻射功率計算，步步遞進，真正做到瞭理論與工程應用的無縫銜接，對於誌在從事射頻和微波領域研究的讀者來說，這是不可多得的寶藏。

評分☆☆☆☆☆

我最近在閱讀《高級材料科學導論》，這本書的廣度和深度都讓我感到驚艷。它似乎瞄準瞭研究生教育的最高標準，內容涵蓋瞭從晶體結構缺陷到納米材料熱力學的全方位知識體係。最讓我印象深刻的是它對“相變動力學”的處理，作者沒有簡單地羅列吉布斯自由能圖，而是引入瞭時間依賴性參數，詳細闡述瞭成核和生長的微觀機製，配圖非常精美，能清晰地展示齣臨界核的形成過程。讀完這部分，我對熱處理過程中材料性能如何隨時間變化有瞭全新的認識。更值得稱贊的是，它沒有停留在傳統金屬材料上，而是用相當大的篇幅討論瞭高分子材料的蠕變行為以及復閤材料的界麵行為，這對於跨學科研究者來說是極大的便利。這本書的行文風格非常嚴謹，邏輯鏈條緊密無懈可擊，幾乎每一個論斷都有堅實的實驗數據或理論模型作為後盾，絕對不是一本泛泛而談的入門讀物。

評分☆☆☆☆☆

《概率論與數理統計（第三版）》這本書的編寫風格簡直是清流中的一股暖流。很多教材在處理隨機變量和統計推斷時，總喜歡用一些脫離實際的抽象例子，讓人讀瞭昏昏欲睡。但這本教材卻反其道而行之，它大量引用瞭金融建模、生物醫學數據分析以及環境監測中的真實數據進行案例分析。例如，在講解中心極限定理時，它不是簡單地畫齣正態分布麯綫，而是展示瞭上萬次模擬投保人理賠次數的直方圖是如何趨嚮於正態分布的，這種直觀性極大地增強瞭理論的可信度和學習興趣。對於統計推斷部分，作者對假設檢驗的每一步邏輯都做瞭極其細緻的鋪墊，從P值的實際意義到第二類錯誤的控製，都講解得清晰到位，避免瞭那種“知其然不知其所以然”的尷尬境地。這本書的習題設計也極為巧妙，後半部分的案例分析題，需要綜閤運用迴歸分析和時間序列方法，極大地鍛煉瞭讀者的實際應用能力。

評分☆☆☆☆☆

2.2.3 隨機過程

評分☆☆☆☆☆

基本入門介紹，如果有已定基礎就沒必要瞭，特彆薄

評分☆☆☆☆☆

5.6.3 關於風振係數的幾點說明

評分☆☆☆☆☆

7.7 流固耦閤

評分☆☆☆☆☆

5.8 算例分析

評分☆☆☆☆☆

8.1 邊界層風洞

評分☆☆☆☆☆

8.1.1 邊界層風洞的構造與特點

評分☆☆☆☆☆

5.6.1 風振係數的定義

評分☆☆☆☆☆

第3章 結構風的基本特性