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苏交科丨《复杂风场环境大跨桥梁性能监测、预警与控制关键技术及应用》获中国交通运输协会科学技术进步奖一等奖

2022-04-25
      近日,苏交科集团牵头完成的《复杂风场环境大跨桥梁性能监测、预警与控制关键技术及应用》获中国交通运输协会科学技术进步奖一等奖。项目立足大跨桥梁空气动力学、结构动力学、结构振动控制等技术理论,结合大跨桥梁设计、建造与运维的重大抗风需求,解决了大跨桥梁风振性能监测、预警及控制的系列关键技术难题,为保障桥梁在复杂风场环境下的服役性能与安全运营提供了科学的理论依据与技术支撑,推动了我国大跨桥梁风灾防护技术的科技进步。  
项目背景
      随着“交通强国”、“一带一路”等国家重大发展战略的推进,我国大跨桥梁总量快速增长,且呈现跨度超大化、结构轻柔化的发展趋势。我国海岸线漫长,台风、下击暴流等极端风灾频发,复杂风场环境大跨桥梁服役安全与运营性能成为学术界、工程界及社会广泛关注的热点问题。然而,当前关于台风、下击暴流等复杂风场及其效应的研究仍处于深入探索阶段,缺乏面向复杂风场环境桥梁性能监测、预警与控制关键技术,本项目针对相关技术难题开展科技攻关。  
技术内容
      项目聚于复杂风场环境下大跨桥梁安全监控与性能保持的关键科学与技术瓶颈问题,结合大跨桥梁的结构特点和抗风性能需求,开展了系统的创新性研究。项目组以复杂风场精细测试与分析、风场高效反演与风荷载精细建模、风振响应精准预测与预警、风振性能多目标监控一体化为切入点,通过理论分析、数值模拟、现场实测、工程验证等手段相结合,在基础理论、创新方法和应用技术等方面取得了诸多自主创新成果,成功解决了复杂风场环境下大跨桥梁性能监测、预警与控制中的系列难题,显著提升了大跨桥梁在复杂风场环境下的测试、分析、预警及控制技术水平,保障了桥梁的抗风安全与服役性能。
主要成果
      项目历经14年研究与实践,形成了一套系统性创新成果,主要科技内容包括:复杂风场特性原位监测与精细分析技术、大跨桥梁复杂风场反演与风荷载精细建模技术、大跨桥梁非平稳非线性风振性能分析与预警技术、大跨桥梁风振性能多目标监控一体化技术。项目获国家发明专利37项,PCT国际专利7项,软件著作权5项;出版专著5部,发表学术论文122篇,含SCI60篇、EI56篇;编制国家/省部级标准或行业技术规范6部。    
主要技术创新点
      ●   研发了对结构振动自适应的高精度新型风环境测试装置;发展了复杂风场非平稳特性的精细分析方法;建立了准确表征复杂风场能量演化状态的实测演变谱模型。
      ●   提出了基于二维降阶插值的复杂风场三维非平稳风场高效模拟方法,在保证模拟精度的前提下,显著提高了大跨桥梁复杂风场的模拟效率,实现了复杂风场的快速反演。
      ●   建立了正/斜风作用下大跨桥梁抖振非平稳非线性高精度时域分析方法;提出了基于机器学习的复杂风场-桥梁风振响应动态预测模型,发展了复杂风场环境下桥梁风振响应的有效预警技术。
      ●   研发了面向大跨桥梁低频、多模态风振响应控制的新装置;建立了基于SHMS的大跨桥梁风振监测-控制一体化设计方法,实现了桥梁风振响应的有效控制及阻尼器性能的同步准确评估。    
应用情况
      相关成果已成功应用于苏通、润扬、崇启等跨江大桥,并在40余座重点桥梁工程中推广应用,为保障复杂风场环境下大跨桥梁的服役安全提供了重要理论依据和技术支撑。近三年产生直接经济效益达2.84亿元,培养了以长江学者、万人计划、国务院特殊津贴专家为代表的行业领军人才,取得了显著经济社会效益。    
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