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大跨度缆索承重桥梁抗风关键技术与工程应用

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与国内外重大桥梁工

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、

强有力的理论与技术支撑。研究成果直接在国内外相关企业与重大桥梁工程

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。风洞试验与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

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大跨度缆索承重桥梁抗风关键技术与工程应用

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。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，以与不同的桥梁形式，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、

强有力的理论与技术支撑，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