(完整版)大跨度缆索承重桥梁抗风关键技术与工程应用.doc

四川省提名2018年国家科学技术奖励项目科技进步奖序号5项目名称大跨度缆索承重桥梁抗风关键技术与工程应用提名意见大跨度缆索承重桥梁是国家公路和铁路交通跨越江海、深切峡谷的控制性工程，其抗风问题是设计和建造的关键控制因素。项目组在国家自然科基金、交通运输部科技项目、铁道部/铁路总公司科技计划及国内外重大桥梁工程抗风专题等四十余项科研课题的支持下，历时十余年，针对大跨缆索承重桥梁抗风关键技术开展了深入系统研究。自主研制了世界最大、性能先进的边界层风洞，创新了一系列风洞试验技术；基于大型边界层风洞试验平台，建立了高精度桥梁气动力模型和风振分析方法，发展和完善了桥梁抗风设计理论；基于试验平台和风振分析理论，提出了大跨缆索承重桥梁主梁气动外形设计准则和系统性的风振气动控制技术。该项目创新显著，为大跨度缆索承重桥梁抗风设计提供了关键试验平台、强有力的理论及技术支撑。研究成果直接在国内外相关企业及重大桥梁工程中得到应用，推动了行业的科技进步，提升了我国桥梁设计和建造水平、国际竞争力，经济和社会效益显著，推广应用前景广阔。综上所述，提名该项目为国家科技进步奖二等奖。项目简介大跨度缆索承重桥梁作为现代公路、铁路交通的控制性工程，具有结构轻柔、阻尼小等特点，对风的作用敏感，抗风问题是其设计和建造的关键因素。风洞试验及在此基础上发展的风振计算理论、控制技术是解决大跨度缆索承重桥梁抗风问题的主要手段，直接推动了大跨度缆索承重桥梁的技术进步。本项目在国家自然科学基金、省部级项目和重大工程专题等四十余项课题的支持下，历时十余年，针对大跨度缆索承重桥梁抗风关键技术开展了深入系统研究，在先进风洞试验平台研发与试验模拟技术、风振计算理论、气动控制技术等方面取得了如下创新性成果：1、自主研制了世界最大、性能先进的边界层风洞，创新了一系列风洞试验技术。首次提出了分段式扩散段、多层阻尼网和防分离网组合的新型风洞整流结构形式，解决了超宽风洞流场横向分布均匀性的技术难题；发展了适用于各类地貌紊流风的模拟装置，实现了大积分尺度近地自然风场的精确模拟（紊流积分尺度比同类风洞提高近60%）；研发了闭环控制强迫振动试验系统，实现了大振幅下桥梁断面非线性气动力的高精度识别；提出了大跨度桁梁桥气弹模型模拟方法等一系列风洞试验技术，提升了抗风试验的模拟精度。2、基于大型边界层风洞试验平台，建立了高精度桥梁气动力模型和风振分析方法，发展和完善了桥梁抗风设计理论。首次提出了考虑跨向相关性的桥梁涡激气动力数学模型，建立了三维涡振分析方法；改进了三维桥梁气动导纳，建立了跨向相干函数公式，发展和完善了桥梁抖振分析理论；提出了非线性自激气动力数学模型，建立了桥梁非线性颤振分析方法。3、基于试验平台和风振分析理论，提出了大跨缆索承重桥梁主梁气动外形设计准则和系统性的风振气动控制技术。针对灾难性的颤振、影响桥梁使用性和耐久性的涡振和破坏性的驰振，以及不同的桥梁形式，系统研发了成套的、通用性的大跨桥梁风振气动控制技术。发现了流线型箱梁下腹板最优倾角范围（14°~18°），建立了流线型箱梁气动外形设计准则；提出了板桁结合加劲梁的上稳定板颤振控制技术，检修车轨道内侧导流板、环保型异形集中排水管等涡振控制技术，桥塔竖向翼板驰振控制技术，为桥梁抗风设计提供了科学依据。本项目研究成果为大跨度缆索承重桥梁抗风设计提供了关键试验平台、强有力的理论及技术支撑，直接应用于港珠澳大桥、苏通长江大桥、南京长江第四大桥、武汉天兴洲大桥、美国GeraldDesmond大桥、挪威Hålogaland大桥等重大桥梁工程，取得直接经济效益3.46亿元，社会效益显著，具有广泛的推广应用价值和国际竞争优势。部分成果已纳入两本国家级标准/规范，促进了行业科技进步。本项目成果获省部级科技进步一等奖2项，二等奖1项；发表学术论文182篇，其中SCI收录22篇、EI收录56篇；获国家发明专利5项、实用新型专利12项；培养博士32名，硕士156名。客观评价（1）国内外同类技术的综合比较本项目与国内外同类研究在试验方法、计算理论和控制技术三方面的对比如表1所示。表1本项目成果与国内外同类技术的综合对比技术内容国内外同类研究本项目试验方法风洞宽度15m22.5m风洞高度3.8m4.5m紊流积分尺度0.95m1.50m强迫振动装置振幅3°20°桁架桥气弹模型气动干扰大气动外形精确模拟计算理论涡振分析误差23%5%颤振分析方法颤振前状态颤振全过程抖振分析方法二维三维控制技术气动措施通用性差形成设计准则（2）成果鉴定意见2016年5月，以中国工程院院士王景全教授为主任的鉴定委员会对本项目成果进行了鉴定，认为：提出了大型边界层风洞的分段式扩散段和防分离网的新型整流结构形式，成功研制了国际领先的、世界最大的桥梁边界层风洞。首次提出了考虑跨向相关性的大跨度桥梁三