大跨悬索桥桥塔复杂绕流场影响区吊索大幅风致振动的机理与控制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51378153
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0805.工程材料
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Consider that the wind-induced vibrations of suspenders of long-span suspension bridges are very critical; this project will focus on the mechanism and control of the large amplitude wind-induced vibrations of the suspenders located in the complicated flow field around the bridge tower based on field monitoring. First, according to the feather of the flow field around the bridge tower, this project will study on the characteristics of the large span wind-induced vibrations of the suspenders located in the complicated flow field around the bridge tower and the interaction between the suspender vibrations with the flow field around the bridge tower. Second, this project will develop the numerical simulation method for the large amplitude wind-induced vibrations of the suspenders located in the complicated flow field around the bridge tower, and study on the vibration characteristics, aerodynamic force characteristics and the flow field characteristics and these characteristics changing with the feathers of the flow field around the bridge tower (flow field region, mean velocity, turbulence intensity, power spectrum, integral length scale, and so on). This project will set up the nonlinear aerodynamic force model and the nonlinear vibration equation, analyze the nonlinear dynamic characteristics of the suspenders and develop the analysis theory and method of the wind-induced vibration of the suspenders. Third, this project will develop a passive jet control method and for controlling the complicated flow field around the bridge tower and suppressing the large amplitude wind-induced vibrations of the suspenders and develop a damping control method to control the wind-induced vibrations of the suspenders, reveal the flow field characteristics of the flow control and the control mechanism of two control methods and present the optimization method for the control parameters. The project study will enrich and develop the wind engineering theory of super large-span bridges and provide the scientific and technical supports to protect performance and the service safety of large-span suspension bridges and have important scientific significance and practical value.
针对大跨度悬索桥桥塔复杂绕流场及其导致的吊索大幅风致振动,研究基于原型观测的大跨度悬索桥桥塔复杂绕流场中吊索大幅风致振动特性及其与桥塔绕流场之间耦合作用;发展大跨度悬索桥桥塔复杂绕流场中吊索大幅风致振动的数值计算方法,研究吊索风致振动特性、气动力特性与绕流场特性,以及上述特性随桥塔绕流场特性的变化规律,建立吊索大幅风致振动的非线性气动力模型和非线性振动方程,分析吊索的非线性动力效应和特性,研究吊索在桥塔复杂绕流场中大幅风致振动的机理和临界条件的判别准则,发展吊索在桥塔复杂绕流场中风致振动的分析理论和方法;发展桥塔绕流场与吊索风致振动的被动吹气流态控制方法和吊索风致振动的阻尼控制方法,揭示流态控制方法的流场特性与两种方法的控制原理,提出其参数优化方法。本项目研究将丰富和发展特大跨度桥梁结构风工程理论,为保障大跨度悬索桥服役性能和服役安全提供科学和技术支撑,具有重要的科学意义和实用价值。

结项摘要

针对大跨度悬索桥桥塔复杂绕流场中吊杆大幅风致振动问题,本项目采用数值模拟、风洞试验和理论分析等手段,研究大跨度悬索桥桥塔复杂绕流场特性及其影响区吊索大幅风致振动的特性、机理和控制方法。. 首先,基于风洞试验,研究了不同来流风偏角下典型大跨度悬索桥桥塔绕流场特征,分析得到了桥塔尾流速度场、湍流度场、脉动速度主导频率场分布规律。进一步进行了0度风偏角下桥塔尾流区吊索风致振动特性研究。研究得到了吊索尾流致振动主要由桥塔尾流旋涡脱落与高湍流度共同诱发。研究发现吊索振动存在“软锁定”机制,即吊索振动频率随风速变化,且存在明显频率锁定区间;在锁定区内,吊索频率被锁定到桥塔尾流频率。. 然后,基于数值模拟,考虑桥塔尾流、流固耦合效应及吊索间碰撞,建立了桥塔尾流区四根吊索风致振动的CFD数值模型。数值模拟得到了桥塔尾流场特征,吊索气动力特征与振动特征。结果表明,在桥塔尾流作用下,当桥塔尾流频率与吊索频率一致时,四根吊索发生大幅值振动并发生碰撞;并揭示了吊索发生碰撞的原因是各吊索气动力在顺流向存在巨大差异。进一步,基于理论分析,建立桥塔尾流致吊索振动的气动力模型和非线性运动方程,计算得到桥塔尾流区吊索大幅值风致振动特征。 . 最后,基于风洞试验与数值模拟,发展了拉吊索风致振动的被动吸吹气流动控制方法。研究了被动吸吹气套环的开孔数量,套环高度与厚度,套环间距以及雷诺数等对控制效果的影响规律,并得到了最优控制参数组合。同时,研究了桥塔尾流场的被动吸吹气套环控制效果,在被动吸吹气控制下,尾流区域内脉动风速具有主导频率的区域大幅减小,吊索振动幅值得到较大抑制。进一步,将吊索风振的被动吸吹气控制方法用于斜拉索的涡激振动和风雨激振的控制,控制效果非常明显。最后,该方法成功应用于实际工程,有效地降低了圆形结构的风致振动幅值

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(7)
Passive Jet Flow Control Method for Suppressing Unsteady Vortex Shedding from a Circular Cylinder
抑制圆柱体非定常涡脱落的被动射流控制方法
  • DOI:
    10.1061/(asce)as.1943-5525.0000661
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    ASCE, Journal of Aerospace Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wen-Li Chen;Xiang-Jun Wang;Feng Xu;Hui Li;Hui Hu
  • 通讯作者:
    Hui Hu
输电导线风致舞动的风洞试验研究
  • DOI:
    10.13197/j.eeev.2017.02.117.zhangb.013
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    地震工程与工程振动
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张博;陈文礼;潘宇;李清
  • 通讯作者:
    李清
Flow around a circular cylinder with slit
绕有狭缝的圆柱体流动
  • DOI:
    10.1016/j.expthermflusci.2016.11.025
  • 发表时间:
    2017-04
  • 期刊:
    Experimental Thermal and Fluid Science
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Dong-Lai Gao;Wen-Li Chen;Hui Li;Hui Hu
  • 通讯作者:
    Hui Hu
Investigation on the vortex-and-wake-induced vibration of a separated-box bridge girder
分体箱桥梁涡流激振研究
  • DOI:
    10.1016/j.jfluidstructs.2017.01.015
  • 发表时间:
    2017-04
  • 期刊:
    Journal of Fluids & Structures
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Wenyong Yuan;Shujin Laima;Wenli Chen;Hui Li;Hui Hu
  • 通讯作者:
    Hui Hu
Passive jet control of flow around a circular cylinder
圆柱体周围流动的被动喷射控制
  • DOI:
    10.1007/s00348-015-2077-5
  • 发表时间:
    2015-10
  • 期刊:
    Experiments in Fluids
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Wen-LI Chen;Dong-Lai Gao;Wen-Yong Yuan;Hui Li;Hui Hu
  • 通讯作者:
    Hui Hu

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高层建筑结构风致振动的被动吸吹气流动控制研究
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    唐善然;陈文礼;李惠
  • 通讯作者:
    李惠
斜拉索风雨振-实验与数值模拟混合子结构方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈文礼;李惠;CHEN Wen-li,LI Hui(School of Civil Engineering,Har
  • 通讯作者:
    CHEN Wen-li,LI Hui(School of Civil Engineering,Har
方形截面高层建筑风致振动特性的数值模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    卢姗姗;张志富;陈文礼
  • 通讯作者:
    陈文礼

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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