大跨空間結(jié)構(gòu)的風(fēng)致關(guān)鍵效應(yīng)與動(dòng)力災(zāi)變行為

大跨空間結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)問題具有風(fēng)荷載時(shí)空特性復(fù)雜、響應(yīng)參與振型眾多，以及多模態(tài)耦合和多場耦合等特點(diǎn)，是國際風(fēng)工程界關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本研究采用現(xiàn)場實(shí)測、風(fēng)洞試驗(yàn)、CFD數(shù)值模擬和理論分析等方法對大跨空間結(jié)構(gòu)的風(fēng)致響應(yīng)的多個(gè)方面開展研究，并在以下幾方面取得了創(chuàng)新性成果：1）構(gòu)建城市近地風(fēng)統(tǒng)計(jì)模型和以特征湍流為本質(zhì)特征的結(jié)構(gòu)表面風(fēng)荷載統(tǒng)計(jì)模型；2）依據(jù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)致災(zāi)變特點(diǎn)，建立了圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)壓極值的計(jì)算理論，進(jìn)一步完善了風(fēng)振響應(yīng)的計(jì)算理論，提出了指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)的等效風(fēng)荷載取值；3）以前面兩部分工作為基礎(chǔ)，研究大跨空間結(jié)構(gòu)的動(dòng)力災(zāi)變?nèi)^程行為，揭示結(jié)構(gòu)風(fēng)致動(dòng)力破壞機(jī)理；并初步形成數(shù)值集成平臺。 2100433B

大跨空間結(jié)構(gòu)承受的風(fēng)荷載時(shí)空特性復(fù)雜，其響應(yīng)具有多振型參與、多模態(tài)耦合和多場耦合的特點(diǎn)，一直是國際風(fēng)工程界關(guān)注的熱點(diǎn)問題。以往研究多以滿足結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)為目標(biāo)，較少關(guān)注結(jié)構(gòu)的風(fēng)致動(dòng)力災(zāi)變過程，而對其動(dòng)力災(zāi)變行為的研究是實(shí)現(xiàn)基于性態(tài)的結(jié)構(gòu)全壽命設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。為此，本研究將采用現(xiàn)場實(shí)測、風(fēng)洞試驗(yàn)、CFD數(shù)值模擬和理論分析等方法對大跨空間結(jié)構(gòu)的風(fēng)致響應(yīng)開展全方位研究，力求在以下幾方面實(shí)現(xiàn)突破：1）構(gòu)建城市近地風(fēng)統(tǒng)計(jì)模型和以特征湍流為本質(zhì)特征的結(jié)構(gòu)表面風(fēng)荷載統(tǒng)計(jì)模型；2）依據(jù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)致災(zāi)變特點(diǎn)，分別對剛性結(jié)構(gòu)的疲勞累積損傷效應(yīng)，柔性結(jié)構(gòu)的流固耦合效應(yīng)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的連續(xù)破壞效應(yīng)等問題進(jìn)行系統(tǒng)研究；3）以前面兩部分工作為基礎(chǔ)，研究大跨空間結(jié)構(gòu)的動(dòng)力災(zāi)變?nèi)^程行為，揭示結(jié)構(gòu)的風(fēng)致動(dòng)力破壞機(jī)理；并將成果集成于數(shù)值平臺。本項(xiàng)目研究是對現(xiàn)有研究成果的一次高度集成，也是對已有抗風(fēng)理論的一次超越。

本項(xiàng)目主要針對主跨跨度800 米以上的斜拉橋和1500米以上的懸索橋等超大跨度橋梁，著重研究強(qiáng)臺風(fēng)和強(qiáng)季風(fēng)及其動(dòng)力作用下的風(fēng)致災(zāi)變關(guān)鍵效應(yīng)與過程控制，全面采用理論分析、模型試驗(yàn)、現(xiàn)場實(shí)測和數(shù)值模擬等研究手段，深入揭示風(fēng)荷載多維和多點(diǎn)非平穩(wěn)空間動(dòng)力作用效應(yīng)、風(fēng)荷載非線性效應(yīng)、風(fēng)－雨－結(jié)構(gòu)動(dòng)力耦合效應(yīng)以及結(jié)構(gòu)與空氣介質(zhì)之間的能量轉(zhuǎn)換機(jī)理，努力實(shí)現(xiàn)基于空間作用效應(yīng)、非線性效應(yīng)和動(dòng)力耦合效應(yīng)的超大跨度 2100433B

本項(xiàng)目圍繞重大研究計(jì)劃的關(guān)鍵科學(xué)問題，開展大跨度橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)致動(dòng)力災(zāi)變效應(yīng)原型觀測與驗(yàn)證的研究。首先，研究大跨度橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)致動(dòng)力災(zāi)變效應(yīng)原型觀測系統(tǒng)；其次，分析原型觀測數(shù)據(jù)研究橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)場特性和模型參數(shù)及風(fēng)-雨耦合等效-相流模型；研究大跨度橋梁結(jié)構(gòu)抖振和風(fēng)雨振等風(fēng)致動(dòng)力災(zāi)變效應(yīng)的原型驗(yàn)證方法，分析其一致性和差異性；突破風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)限制，研究基于整體模態(tài)和局部應(yīng)變原型監(jiān)測信息的大跨度梁結(jié)構(gòu)氣動(dòng)力和氣動(dòng)參數(shù)識別方法，揭示氣動(dòng)力和氣動(dòng)參數(shù)的空間相關(guān)性、雷諾數(shù)效應(yīng)和湍流尺度效應(yīng)；發(fā)展橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)雨激振分析方法，揭示雨的作用機(jī)理；研究以原型觀測的結(jié)構(gòu)振動(dòng)為邊界條件的繞流場CFD數(shù)值計(jì)算子結(jié)構(gòu)方法，揭示橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)致災(zāi)變及其控制的微觀機(jī)理，為通過原型觀測研究結(jié)構(gòu)風(fēng)致災(zāi)變機(jī)理提供有效的方法。本項(xiàng)目研究，將形成大跨度橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)致動(dòng)力災(zāi)變效應(yīng)原型觀測的理論、方法、技術(shù)、系統(tǒng)和原始觀測數(shù)據(jù)，具有重要的科學(xué)意義。