《大跨度橋樑結構風致動力災變的原型觀測與驗證》是依託哈爾濱工業大學，由李惠擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：大跨度橋樑結構風致動力災變的原型觀測與驗證
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：李惠
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目圍繞重大研究計畫的關鍵科學問題，開展大跨度橋樑結構風致動力災變效應原型觀測與驗證的研究。首先，研究大跨度橋樑結構風致動力災變效應原型觀測系統；其次，分析原型觀測數據研究橋樑結構風場特性和模型參數及風-雨耦合等效-相流模型；研究大跨度橋樑結構抖振和風雨振等風致動力災變效應的原型驗證方法，分析其一致性和差異性；突破風洞試驗技術限制，研究基於整體模態和局部應變原型監測信息的大跨度梁結構氣動力和氣動參數識別方法，揭示氣動力和氣動參數的空間相關性、雷諾數效應和湍流尺度效應；發展橋樑結構風雨激振分析方法，揭示雨的作用機理；研究以原型觀測的結構振動為邊界條件的繞流場CFD數值計運算元結構方法，揭示橋樑結構風致災變及其控制的微觀機理，為通過原型觀測研究結構風致災變機理提供有效的方法。本項目研究，將形成大跨度橋樑結構風致動力災變效應原型觀測的理論、方法、技術、系統和原始觀測數據，具有重要的科學意義。
結題摘要
建立了一座懸索橋和一座斜拉橋的風與風效應原型觀測系統，取得了4年原型觀測數據（包括四年2座橋樑的風況條件，斜拉索多模態渦激振動，懸索橋主梁在平穩風下的渦激振動、颱風作用下的抖振和不同湍流度下的風壓分布）。提出了基於壓縮感知理論的橋樑風致振動採集方法，發展了基於壓縮採樣的無線感測器數據丟失恢複方法；研究了不同風速下橋樑結構模態參數的變化規律。提出了物理試驗/原型觀測與CFD混合模擬方法，並通過風洞試驗和流固耦合CFD數值計算揭示出混合模擬方法比傳統的流固耦合CFD數值計算具有更好的精度和更高的計算效率。採用基於VOF的DNS及LES編制了多相流數值模擬計算程式,實現了斜拉索風雨條件下水線的生成過程的數值模擬、給出了雨線存在時斜拉索上流場分布特點和壓力分布特點，揭示了斜拉索風雨振發生的機理；研究了雨對箱梁顫振和渦激振動風致效應的影響規律。原型觀測了斜拉索高階多模態渦激振動現象及其風況條件；通過CFD數值計算和風洞試驗，分析了斜拉索多模態渦激振動的氣動力多模態和位移的參與特性及行波效應、以及尾流旋渦托率鎖定的變化規律，通過不同高度上的風速和圓柱斯托拉哈數計算得到了不同高度上的旋渦脫落頻率，揭示了近地剪下風是其產生多模態渦激振動的機理；研究了斜拉索多模態渦激振動的主動吸氣控制方法、控制效果，揭示了吸氣控制方法干擾了斜拉索尾流旋渦的有規律脫落、改變了分離點的控制機理；進行了TMD控制斜拉索多模態渦激振動的風洞試驗，結果表明，只有多個TMD才能有效控制斜拉索多模態渦激振動。基於原型監測結果，得到了分離式雙箱梁（STBG）渦激振動特性及風況條件、表面壓力分布規律和St；通過原型觀測、風洞試驗和CFD數值計算，分析了分離式雙箱梁渦激振動全過程的流場結構變化規律，結果表明STBG空隙間距對上下游箱梁周圍流場具有顯著影響，且是產生渦激振動的重要因素，提出了STBG流態控制參數（空隙寬度L/箱梁高度D）、得到其臨界值，提出了STBG渦激振動流態控制方法；通過不同比例模型風洞試驗，研究了STBG的Re數效應，得到了流場結構、阻力係數、St和振動幅值隨Re數的變化規律，揭示了在不同Re下，流場的分離點與再附點的變化規律。 基於原型觀測研究了大跨度懸索橋抖振回響特性，指出了原型觀測抖振與現有理論計算結果差別的原因。
