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1、大跨度桥梁行车安全评估及风障优化设计研究项目可行性报告二九年九月目录一、立项的背景和意义1二、国内外研究现状和发展趋势1三、项目主要研究开发内容、技术关键及主要创新点。2四、项目预期目标（主要技术经济指标、社会效益、技术应用和产业化前景以及获取自主知识产权的情况）。3五、项目实施方案、技术路线、组织方式与课题分解。3六、计划进度安排。7七、现有工作基础和条件7八、项目经费预算8一、立项的背景和意义进入21世纪以来，世界范围内兴起了诸多跨海连岛的巨型工程建设，如横跨欧亚大陆的土耳其博斯普鲁斯海峡工程、连接欧非大陆的直布罗陀海峡工程、英伦三岛之间的跨海工程以及中国国内的跨越杭州湾、渤海海峡、长江口
2、和琼州海峡等工程。为满足大型船舶的通航需求，并避免复杂的深水基础工程，大跨度的超长桥梁结构设计成为跨海工程的优选方案。在桥梁设计和施工技术日趋成熟的现代，桥梁的结构性和耐久性安全已不再是焦点问题，强风环境下的行车安全更为大跨度桥梁的运营者所关注。大跨度桥梁无论是在建设海面上或者是在陆地山谷间，都会遇到频繁的高速气流，大跨度的桥梁高度和桥面的绕流会加大空气流动，行驶车辆的安全性问题越来越受到重视，而且这个问题直接影响的桥梁的实用性和经济效益。本项目将通过风洞实验和CFD数值技术，对大跨度桥梁的行车安全进行系统深入的研究，分析各种恶劣天气情况下行车安全性的影响参数和作用大小，并进而研究风障对提升大
3、桥行车安全性的效果，提出优化设计思路。本项目的开展对准确地评估桥梁的行车安全和风障的优化设计具有重要的指导意义。二、国内外研究现状和发展趋势近年来关于风致行车安全和桥梁安全行车标准的研究已有不少文献。Charuvisit等通过风洞实验研究了车辆通过强横风作用下桥塔下尾流时的空气动力学特性。Guo和Xu等分析了横风作用下大跨度桥梁上车辆的安全性问题，庞加斌等通过静力学模型分析了4种典型车辆的安全临界风速，并认为，侧滑是行车安全性的主要问题。康小英等对大跨度桥梁风障的设计问题进行了粗略的探讨。研究桥梁行车安全以及风障的设计的主要研究方法有三个：一是理论研究，通过静力学模型和一些经验常数进行分析；二
4、是数值模拟，通过建立CFD模型来仿真，对桥梁周围的风环境和车辆周围的速度场、压力场等进行模拟仿真；三是风洞实验，通过建立缩小尺度的风洞实验模型，在风洞中模拟各种气象风速进行实验分析。但由于桥梁的风致行车安全问题影响因素众多，没有一个单独的研究方法是完善的。当前的发展趋势是基于理论分析方法和现有研究结果，建立风洞实验模型，进而发展CFD仿真模型，风洞实验结果可用来对比校验CFD仿真，CFD仿真可扩散研究多重复杂因素的影响，并进行优化设计，将这三种研究方法紧密结合，是今后研究桥梁行车安全的和风障设计的一个大趋势。三、项目主要研究开发内容、技术关键及主要创新点。1 主要研究内容项目的主要研究内容有两
5、个方面：第一是大跨度桥梁行车安全的评估，内容包括典型大跨度桥梁和桥面附近的空气流场结构特征，行驶车辆的空气动力学效应，不同车型的行车安全评估，重点分析各种复杂天气因素（风速、风向、气温等）、地面因素（干燥、湿滑、冰雪等）、车型因素以及行车速度的影响。第二个研究内容是风障的作用及优化设计，内容包括风障对桥面及车辆周围的空气流场结构的影响，特别是行驶车辆的两侧压力和风速的变化规律，分析不同风障结构，如不同高度和孔隙率的风障对改善行车安全性的作用，并综合评判风障的各种有利因素和不利影响，从而寻求优化的风障设计方案。2 技术关键项目的研究将综合采用理论分析、风洞实验与CFD数值模拟分析相结合的技术。有
6、三点关键技术需要解决：第一个关键技术是建立具有流场和力学性能相似性的风洞实验模型，并组建相应的风洞实验测试平台。第二个关键技术是CDF技术与理论分析模型和风洞实验的耦合技术。CFD模拟分析出空气动力学流场，由此分析得到车辆的风阻系数和升力系数将作为桥梁行车安全静力学模型分析的输入数据，车辆两侧的压力差将与理论分析侧滑力进行比较。另外CFD几何模型将基于真实的几何尺度，它的仿真结果如何用基于相似理论的缩小尺度的风洞试验结果来进行验证是一个关键问题。第三个关键技术是基于最优化风障设计的目标风洞试验。风障的优化设计在当前仍是一个技术难题，如何在兼顾风障的承受力和结构强度的基础上，尽量限度提升车辆的行
7、车风速标准是实验研究的一个关键问题。3 创新点本项目将大跨度桥梁的行车安全评估和风障的优化设计进行一体化考虑，综合应用理论模型分析、风洞实验和CFD模拟计算三种技术，不仅为准确评估桥梁的行车安全和风障的优化设计提供关键技术指导，而且为大型桥梁建设和运营具有重要参考价值。四、项目预期目标（主要技术经济指标、社会效益、技术应用和产业化前景以及获取自主知识产权的情况）。预期目标如下：1 项目报告，建立大跨度桥梁行车安全风洞实验平台与计算系统。2 根据理论模型分析、风洞实验和CFD模拟计算的结果，建立大跨度桥梁行车安全评价指标体系，为我国此类桥梁的安全评价提供可靠的理论基础。3 通过理论模型分析、风洞
8、实验和CFD模拟计算的结果，建立风障设置安全性评价标准体系，为国内和浙江省内大跨度桥梁的风障设置及优化设计提供可靠的理论依据和实验评估手段。4 高等级学术论文2-4篇5 发明专利1-2项五、项目实施方案、技术路线、组织方式与课题分解。1 项目实施方案（1）大跨度桥梁行车安全的理论分析：调研国内和浙江省内大跨度桥梁气象（风速、风向、气温等）、地面因素（干燥、湿滑、冰雪等）、车型和车速等资料；建立行车安全的静力学模型，通过计算分析各种因素的影响；（2）行车安全评估：应用CFD仿真分析桥面周围的空气湍流特征，行驶车辆的空气动力学效应，对车辆的侧滑、侧倾和振动等危险因素进行评估，建立风洞试验平台（见图
9、1），对CFD仿真分析进行验证，结合静力学模型，对不同车型的行车安全评估，重点分析各种复杂天气因素、地面因素、车型因素以及行车速度的影响。图1 大跨度桥梁行车安全的风洞实验模型（3）风障的作用分析：在风洞桥梁模型基础上加设风障，应用PDPA和热线等技术测量桥面及车辆周围流场流速，压力分布，分析风障对桥面及车辆周围空气流场结构的影响，特别是行驶车辆的两侧压力和风速的变化规律；（4）风障的优化设计：应用风洞试验分析不同风障结构，如不同高度和孔隙率的风障对改善行车安全性的作用，并综合评判风障的各种有利因素和不利影响，结合CFD数值仿真，寻求优化的风障设计方案。2 研究技术路线本项目研究的技术路线如图
10、2所示。图2研究技术路线图3、项目实施组织方式（1）成立项目协作组。项目协作组由从事安全工程、流体力学、固体力学、交通运输、数值计算等专业的技术人员组成。（2）实行项目组长负责制。课题组长具体负责项目实施，项目负责人根据研究内容和预期达到的技术经济指标，制定切实可行的详细工作计划，明确各阶段工作内容、要求和工作进度。（3）在项目实施过程中，坚持定期检查、滚动管理制度。检查内容包括专题研究工作进展、经费使用情况、存在的问题等，并落实解决问题的方案。（4）建立专门的技术资料档案，项目实施过程中的各种技术资料，包括研究计划、技术文件、实验原始记录和实验报告，计算机软件等，均要求上报项目组，予以妥善登
11、记保存。4、课题分解本项目各承担方分工与职责如下：（1）项目承担单位一a. 负责本项目的前期资料收集、调研和整理工作，调研国内和浙江省内大跨度桥梁气象（风速、风向、气温等）、地面因素（干燥、湿滑、冰雪等）、车型和车速等基本资料；b. 配合完成行车安全的静力学模型搭建，根据计算结果分析各种因素的影响； c. 协作完成风洞试验平台的建设，进行行车安全评估和风障优化设计研究； d. 负责建立本项目研究成果的推广平台;e. 负责项目归口管理工作。 （2）项目承担单位二a.负责风洞实验平台的搭建，并运用CFD仿真模拟技术进行行车安全分析研究；b.在风洞桥梁模型研究基础上，结合CFD数值仿真结果并应用PD
12、PA和热线等技术，完成风障优化设计；c.根据实验验证和数据仿真结果，综合评判风障的各种有力和不利因素，完成风障的优化设计方案；d.负责完成项相应研究内容的总结报告编制，并配合承担单位做好项目验收相关工作。六、计划进度安排。2010年1月2010年3月 调研2010年4月2010年10月 数值模拟与计算2010年11月2011年6月 实验台搭建、实验室实验与分析2011年7月2011年12月 资料整理与分析七、现有工作基础和条件1.现有设备情况见表一表1 主要仪器和设备简表名称功能简介风洞低速回流风洞能产生范围为1-60m/s，湍流度0.2%的高品质气流场，适合于各种流体力学实验研究。水洞模拟流
13、场流动，进行流线色彩仿真。PIV测速仪粒子图像测速仪（PIV），德国LaVision公司产品，可进行三维速度场测量和流场分析。PDPA测速仪是激光多普勒测速仪（Laser Doppler Velocimetry，简称LDV）的升级仪器，利用多普勒效应来测量运动粒子的相关特性，够提供丰富、定量、实时的两相流动信息，测量精度高，是研究多相动态流动特性的强有力工具。热线风速仪由丹麦DENTEC公司制造，共四个测量通道，配有多种热线探针，可测量频率高达10KHz的一维、二维瞬时速度，并具有较强功能的数据处理系统。计算仿真工作站正版CFD软件Fluent，配有HP高性能服务器HP ProLiant DL
14、385G1 2600 DC SVR一台和HP5150计算服务器一台，在计算速度和容量上可满足当前项目的CFD研究和多相流计算需求。其它设备包括压力传感器、温度、湿度、流量多种辅助测量设备。2承担单位一近年来着力开展跨海大桥行车风险评价业务，去年承担了宁波象山港跨海大桥风险评价工作，其中主要内容包括了对打跨度桥梁行车安全的风险评价内容，为本项目的开展打下了一定的基础。八、项目经费预算省级科技计划项目经费概算表项目名称：大跨度桥梁行车安全评估及风障优化设计的研究 金额：160万元 序号概算科目名称合计省财政拨款经费地方部门配套经费自筹经费（1）（2）（3）（4）（5）1一、经费支出（合计）1601
15、204021、设备费18.018.03（1）购置设备费4.04.04（2）试制设备费9.09.05（3）设备租赁费5.05.062、材料费20.015.05.073、测试化验加工费60.030.030.084、燃料动力费9.64.65.095、差旅费8.08.0106、会议费 2.62.6117、国际合作与交流费00128、出版/文献/信息传播/知识产权事务费2.22.2139、人员劳务费10.010.01410、专家咨询费0.80.81512、协作研究费15.015.01613、管理费6.06.01714、其他开支7.87.81二、经费来源（合计）21、申请省财政经费32、地方、部门配套拨款
16、43、自筹经费05（1）单位自有货币资金06（2）其他资金0省财政科技经费拨付进度申请第1年第2年金 额8040项目经费概算说明序号概算科目名称用途说明11、设备费风洞实验测试仪器，如风速仪、压力温度传感器等，以及租借试验设备费用（1）购置设备费（2）试制设备费（3）设备租赁费22、材料费风洞试验段、测试安装平台、系统模型耗材等费用33、测试化验加工费桥梁行车仿真力学分析、风障优化模型、试验测试分析、风洞模型加工等费用44、燃料动力费实验用能源耗费55、差旅费出差调研考察费用66、会议费 国内国际会议会务费78、出版/文献/信息传播/知识产权事务费文献检索、出版及专利申请、通讯费、复印打印耗材
17、等费用89、人员劳务费课题相关研究人员及研究生劳务费910、专家咨询费结题专家咨询1012、协作研究费与相关科研院所及交通局等部门合作研究1113、管理费按相关规定2%1214、其他开支重复试验及设备仪器折损等费用本文来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 201 我爱朱丹老婆本文来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 2010中华人民共和国本文来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 我爱朱丹老婆本文来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 2010本文来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 我爱朱丹老婆本文来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 2010本文
18、来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 2010本文来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 我爱朱丹老婆本文来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 2010本文来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 2010本文来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 2010本文来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 我爱朱丹老婆本文来自网络，请不要使用盗版，要谢谢阅读 版权所有 2010本文来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 2010本文来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 我爱朱丹老婆本文来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 2010本文来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 我爱朱丹老婆本文来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 2010本文来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 我爱朱丹老婆本文来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 2010本文来自网络，请不要使用盗版，谢谢阅读 版权所有 我爱朱丹老婆 我爱朱丹老婆 网络赚钱QQ群：40635958
