项目名称：大跨桥梁风效应的涡动力学机理与控制
推荐单位：哈尔滨工业大学
项目简介：
我国大跨桥梁数量世界第一，缆索承重桥梁是大跨度桥梁最主要的桥型。

缆索承重大跨度桥梁柔性大、阻尼小，是风敏感结构，易产生多类复杂风效应，甚至导致桥梁破坏倒塌，严重威胁桥梁安全与服役状态。

桥梁结构风效应本质上是由钝体绕流，并由此产生的流动分离和旋涡运动诱发的。

旋涡是流体运动的肌腱，对桥梁结构风效应具有决定性作用。

但大跨度桥梁因气动外形复杂、风场不均匀和三维流固耦合效应，桥梁结构涡动力行为及其机理是桥梁风工程领域长期面临的难题。

本项目针对缆索承重大跨度桥梁主梁和拉索两类生命线构件风效应，在国内外率先发现了其旋涡时空分布等涡动力学行为和旋涡与结构振动耦合作用机理，提出了基于涡动力学的桥梁结构风效应控制原理和方法，形成了桥梁结构涡动力学及其控制理论。

重要科学发现如下：
1.大跨度桥梁分离式主梁风效应涡动力学行为与机理。

发现了分离式双箱梁绕流场空隙旋涡、多旋涡共存及其空间分布特征、以及空隙流动模态突变等独特的涡动力行为，得到了箱梁间流态突变的临界空隙比，揭示了分离式箱梁独特涡动力行为形成机理；发现了分离式双箱梁涡激振动全过程涡动力行为（旋涡形成、分布、相互作用、时空演化规律），建立了旋涡空间分布与结构振动的能量传输关系，发现运动致空隙旋涡是分离式双箱梁大幅涡激振动的控制因素，揭示了分离式双箱梁涡激振动流固耦合作用机理。

2.大跨度桥梁斜拉索风效应涡动力学行为与机理。

针对斜拉索风雨振，发明了斜拉索水线超声检测技术，揭示了水线几何特征和运动规律，发现了风雨激振水线运动与拉索振动低频同频锁定机理；监测了超长斜
拉索高阶多模态涡激振动，发现了剪切流场诱发斜拉索尾流旋涡脱落频率轴向非一致性、行波效应与梯阶锁定特征，提出了斜拉索多模态涡激振动参与模态预测方法；揭示了长期服役下斜拉索腐蚀和力学性能演化规律，建立了单丝强度概率分布与斜拉索承载力之间关系模型，提出斜拉索全寿命承载力评价方法。

3.基于涡动力学的桥梁风效应流动控制原理和方法。

提出了分离式双箱梁涡激振动间隙扰动方法，揭示了其空隙旋涡扰动的控制原理；提出了斜拉索尾流旋涡主/被动吸吹气控制方法，揭示了其抑制斜拉索尾流旋涡交替脱落的非对称模式、降低斜拉索平均阻力和脉动升力、进而减小斜拉索风效应的原理。

上述成果共发表学术论文60余篇，其中SCI 17篇，获国家专利4项。

研究成果得到了中国工程院院士陈政清教授、国际桥协主席葛耀君教授、国际风工程学会Davenport奖和ASCE Scanlan 奖获得者徐幼麟教授、ASCE和IABSE会士Hernandez教授、意大利博洛尼亚大学校长Ubertini教授等国内外著名学者的引用和高度评价。

以聂建国院士为评价委员会主任的中国公路学会评价斜拉索风雨振水线与旋涡脱落的耦合作用机理、分离式双箱梁涡激振动机理等方面的研究成果达到国际领先水平。

项目成员担任国际结构控制与监测学会理事长、中国振动工程学会结构抗振控制与健康监测专业委员会主任委员，中国公路学会桥梁和结构工程分会副理事长和理事。

主要完成人情况表
代表性论文专著目录。