受特异气流作用的桥梁空气动力特性机理研究

随着我国桥梁抗风研究水平的不断上升，我国已跨入了从大跨度桥梁建设大国向防灾减灾科技强国迈进的历史性阶段，研究各种特异气流对桥梁抗风性能的影响变得势在必行。本研究课题紧扣易导致风致灾变的特异气流的几个风速特点, 比如强速度剪切，特殊风速剖面，急加速性和强旋转性等，利用特殊设计的主动控制式风洞并改造自行开发的高精度数值仿真模型，即采用风洞模型试验和数值仿真解析相结合的手段，系统地研究这些风速特点单个或混合情况下的对桥梁抗风性能的影响。主要研究内容包括:(1)强剪切气流导致的桥梁断面空气动力特性的变化；(2)特殊风速剖面情况下的风荷载评价方法；(3)回旋流中的桥梁断面空气特性；(4)特殊风速剖面与急加速气流同时作用下的桥梁主塔空气动力特性等。通过这些研究明确由特异气流的各风速特点引起的桥梁风荷载特性的变化以及灾害气候模式下桥梁风振破坏机理，为提出气动对策措施等提出科学依据。

随着我国桥梁抗风研究水平的不断上升，我国已跨入了从大跨度桥梁建设大国向防灾减灾科技强国迈进的历史性阶段，研究各种特异气流对桥梁抗风性能的影响变得势在必行。本研究课题紧扣易导致风致灾变的特异气流的几个风速特点，比如强风速切变、特殊风速剖面、急加速性和强旋转性等，利用特殊设计的主动控制式风洞，并采用风洞模型试验和数值仿真解析相结合的手段，系统地研究了这些风速特点对桥梁断面模型抗风性能的影响。项目基本上按照原定研究计划进行并完成了预定的科研内容，并达到了预定的研究目的。在课题执行期间系统地研究了以下主要内容：(1)强切变流气流对基础钝体断面（圆柱、方柱和扁长柱）空气动力特性的影响；(2)特殊风速剖面情况下的钝体基础钝体断面的风压和风荷载特性；(3)特殊风速剖面与急加速气流同时作用下的桥梁主塔模型空气动力特性等。通过这些研究明示了由特异气流的各风速特点引起的桥梁断面风荷载特性的某些变化特点，为今后提出气动对策措施等提出了科学依据。同时，在项目执行期间，研制了国内第一台移动式龙卷风气流模拟器，可以模拟龙卷风风速随时间和空间变化的特性，以便研究包括气流旋转性在内的各个风速特性共同作用时的综合风致效应。在研究切变流对钝体空气动力特性的影响时，定量地考察了切变流中的驻点和剥离点的位置随切变强度和雷诺数的变化规律以及它们在决定空气动力特性中的作用, 并在此基础上阐明了切变流中钝体空气动力特性的机理，提出了应用于工程服务的空气动力系数的预测方法。成功地报道了切变流中的钝体放出涡的模态变化，而于2011 年获得日本风工程学会奖（论文奖）。.在执行课题的3年期间在本行业最高水准的国际学术杂志上发表了标注本课题的SCI论文2篇，另有一篇SCI论文已录用待发表，一篇文章正在接受审稿。参加国际会议并发表学术论文6次以上。在相关课题的国际会议上应邀做大会报告1次，在国内学术会议上应邀做大会报告2次。培养在学博士生3名和硕士生3名，培养2名硕士毕业生。担任在荷兰召开的第13届国际风工程会议、在美国召开的第7届国际计算风工程会议和在上海召开的第7届国际钝体空气动力学和应用会议的国际学术委员会委员。