河南省重大科技攻关计划项目建议书.doc

河南省重大科技攻关计划项 目 建 议 书项目名称：大跨度桥梁行车安全评估及风障优化设计 申请单位： 协作单位： 推荐部门： 河南省教育厅 申报时间： 2012 年 12 月 21 日河南省科学技术厅制填 报 说 明 1、根据河南省重大科技攻关计划管理办法规定，申报省重大科技项目必须填报河南省重大科技攻关计划项目建议书，并按照“河南省重大科技攻关计划项目可行性研究报告编制提纲”编写河南省重大科技攻关计划项目可行性研究报告。 2、“项目建议书”经省直主管部门或市科技主管部门签署意见并盖章后，与“项目可行性研究报告”和附件一式五份一并报送。 3、“项目建议书”和“项目可行性研究报告”的内容必须真实、所附材料齐全，要求项目研究、开发及产业化目标明确，内容重点突出，技术路线清晰，主要技术经济指标科学、合理，阶段目标和年度进展计划明确，实施方案具体，经费预算合理。 4、“项目建议书”和“项目可行性研究报告”中引用的名称、数据等内容均应标明出处，外文缩写应注明全称。 5、“项目建议书”中需详细说明的内容可加附页，“项目可行性研究报告”和相关技术文献、证明文件等材料规格统一使用A4纸，打印文字采用4号宋体字。项目概况项目名称大跨度桥梁行车安全评估及风障优化设计项目领域 1、农业 2、工业 3、社会发展 9、其他预期主要成果形式1、论文论著 2、研究报告 3、新产品或农业新品种 4、新设备5、新材料6、新工艺或方法 7、软件 9、其他经费合计（万元）申请拨款匹配银行贷款自筹其他1508070单位概况单位名称郑州轻工业学院单位性质 1、企业 2、科研院所 3、高等学校 9、其他企业登记注册类型 1、国有企业 2、集体企业 3、股份合作企业 4、联营企业 5、有限公司 6、股份 有限公司 7、私营企业 8、港澳台投资企业 9、外商投资企业联系地址邮政编码450002电子邮件联 系 人电话传真职工总数技术人员中高级技术人员主要参加人员姓名性别出生年月学历职称（职务）工作单位申请项目的必要性和依据（说明国家产业、技术政策，国内外相关领域技术发展水平和趋势）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。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。项目研究开发和产业化发展内容及目标（实施方案、技术关键、技术路线及技术经济指标等）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2所示。 图2研究技术路线图项目实施的条件（1、基础设施条件；2、科研开发力量；3、组织管理体系；4、配套资金筹措；5、科技合作交流）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，予以妥善登记保存。项目主要技术经济指标（包括经济、社会、环境的预期效益）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