文|中交公路長(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心有限公司 劉高 張喜剛 劉天成 陳上有 吳宏波 程潛

中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 孟凡超 徐國(guó)平 侯斌 鄧科 秦建軍

中交第二航務(wù)工程局有限公司 張鴻 楊炎華

交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所 陳漢寶 劉海源 沈小明 耿寶磊

哈爾濱工業(yè)大學(xué) 郭安薪

大連理工大學(xué) 周道成

深中通道管理中心 宋神友 劉健

在中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司、中交公路長(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等多家企業(yè)、高等院校、科研院所等聯(lián)合研究下，保障跨海特大型橋梁在風(fēng)-浪-流耦合作用下結(jié)構(gòu)的安全性、車(chē)輛運(yùn)行安全性和舒適性這一重大課題成功破題。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

跨海特大型橋梁面臨著深水、強(qiáng)風(fēng)、巨浪、急流等惡劣海洋環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在海洋環(huán)境中，風(fēng)場(chǎng)、波浪場(chǎng)、水流場(chǎng)之間的多場(chǎng)耦合作用及其與橋梁結(jié)構(gòu)之間的多介質(zhì)動(dòng)力耦合作用同時(shí)發(fā)生。如何保障跨海特大型橋梁在風(fēng)-浪-流耦合作用下結(jié)構(gòu)的安全性、車(chē)輛運(yùn)行的安全性和舒適性，成為亟待研究解決的重大課題。

面向跨海特大型橋梁的建設(shè)需求，項(xiàng)目組在國(guó)際上率先提出并立項(xiàng)開(kāi)展“特大型橋梁風(fēng)-浪-流耦合作用研究”，在國(guó)家和省部級(jí)科研項(xiàng)目支持下，依托重大橋梁工程進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)和工程驗(yàn)證，在橋梁風(fēng)-浪-流耦合作用觀測(cè)技術(shù)與耦合模型、試驗(yàn)方法與平臺(tái)、理論方法與軟件、控制技術(shù)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面取得了重大突破。經(jīng)交通運(yùn)輸部組織的專(zhuān)家鑒定，一致認(rèn)為：項(xiàng)目形成了具有原創(chuàng)性的研究成果，達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

項(xiàng)目獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利14項(xiàng)、軟件著作權(quán)7項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文62篇（F5000論文1篇，SCI和EI收錄26篇），出版專(zhuān)著2部（獲國(guó)家出版基金資助），研究成果在港珠澳大橋、馬爾代夫跨海大橋等國(guó)內(nèi)外重大工程中獲得了應(yīng)用，為瓊州海峽跨海工程等提供了重要技術(shù)支撐和儲(chǔ)備，顯著提升了特大型橋梁建設(shè)技術(shù)水平。

項(xiàng)目研發(fā)歷程

深水海域風(fēng)-浪-流耦合場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)

創(chuàng)新成果

首次建立深海海域耦合場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)

首次建立了多點(diǎn)、同步、連續(xù)的深海海域風(fēng)-浪-流耦合場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)方法及觀測(cè)系統(tǒng)，獲得了“威馬遜”等超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)期和季風(fēng)期瓊州海峽海域的風(fēng)-浪-流耦合場(chǎng)多點(diǎn)、同步、連續(xù)的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，解決了深海橋梁工程海域的風(fēng)-浪-流耦合場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)技術(shù)難題，為獲取深海海域風(fēng)-浪-流耦合場(chǎng)信息提供了有效手段；發(fā)現(xiàn)了臺(tái)風(fēng)路徑與風(fēng)-浪-流耦合場(chǎng)特征參數(shù)的關(guān)系，提出了耦合場(chǎng)風(fēng)參數(shù)和波浪頻譜模型，揭示了風(fēng)場(chǎng)參數(shù)、波浪場(chǎng)參數(shù)、流場(chǎng)參數(shù)的耦合特性。

提出耦合場(chǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法

提出了基于嵌套參數(shù)化臺(tái)風(fēng)場(chǎng)模型、SWAN波浪場(chǎng)模型、風(fēng)暴潮數(shù)學(xué)模型的中尺度風(fēng)-浪-流耦合場(chǎng)數(shù)值模擬方法，并研發(fā)了相應(yīng)軟件，解決了深海工程海域海中和橋梁沿線的風(fēng)-浪-流耦合場(chǎng)時(shí)空參數(shù)計(jì)算和推演難題；建立了風(fēng)-浪-流耦合場(chǎng)中風(fēng)速、波高、流速的三維復(fù)合極值聯(lián)合概率模型；基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和長(zhǎng)期歷史后報(bào)反演信息，提出了特大型橋梁風(fēng)-浪-流耦合場(chǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法，解決了跨海橋梁極端風(fēng)、極端波浪和海流作用下的設(shè)計(jì)難題。

瓊州海峽工程海域風(fēng)-浪-流耦合場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果

風(fēng)-浪-流耦合場(chǎng)特征參數(shù)

創(chuàng)建風(fēng)-浪-流耦合作用下橋梁三維彈性響應(yīng)模型試驗(yàn)方法

首創(chuàng)了風(fēng)-浪-流耦合作用下橋梁結(jié)構(gòu)三維彈性響應(yīng)模型試驗(yàn)方法，研發(fā)了橋梁風(fēng)-浪-流耦合作用彈性響應(yīng)試驗(yàn)?zāi)M平臺(tái)，解決了在試驗(yàn)環(huán)境下風(fēng)-浪-流耦合場(chǎng)參數(shù)模擬和結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試難以實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步、空間相關(guān)的難題，以及全橋彈性模型試驗(yàn)氣-液-固相似準(zhǔn)則難以協(xié)調(diào)的難題；首次實(shí)現(xiàn)了風(fēng)-浪-流耦合作用下千米級(jí)三塔斜拉橋全橋彈性模型試驗(yàn)?zāi)M，揭示了大橋風(fēng)-浪-流耦合作用彈性響應(yīng)特性及規(guī)律。

建立三維風(fēng)-浪-流數(shù)值水槽模擬方法

風(fēng)-浪-流耦合場(chǎng)數(shù)值模擬方法

橋梁風(fēng)-浪-流耦合作用三維彈性模型試驗(yàn)平臺(tái)

風(fēng)-浪-流耦合作用下2X1500米三塔斜拉橋全橋彈性模型試驗(yàn)

建立了考慮流體黏性、湍流風(fēng)和波浪破碎效應(yīng)的三維風(fēng)-浪-流數(shù)值水槽模擬方法，研發(fā)了相應(yīng)的軟件，解決了復(fù)雜地形條件和橋梁結(jié)構(gòu)的風(fēng)-浪-流耦合作用荷載參數(shù)高效準(zhǔn)確識(shí)別的難題；建立了考慮斜風(fēng)效應(yīng)的全橋結(jié)構(gòu)風(fēng)-浪-流耦合作用三維有限元時(shí)域分析方法、基于虛擬激勵(lì)法的風(fēng)-浪-流耦合作用下橋梁隨機(jī)振動(dòng)頻域分析方法、跨海公鐵兩用橋梁車(chē)-橋-風(fēng)浪流耦合動(dòng)力系統(tǒng)的振動(dòng)分析方法，研發(fā)了相應(yīng)的軟件，構(gòu)建了特大型橋梁風(fēng)-浪-流耦合作用理論方法體系和數(shù)值分析平臺(tái)，解決了橋梁在風(fēng)-浪-流耦合作用下的結(jié)構(gòu)安全性、車(chē)輛運(yùn)行安全性和舒適性評(píng)價(jià)的難題。

解決風(fēng)-浪-流耦合作用控制難題

研發(fā)了海洋環(huán)境風(fēng)-浪-流精確預(yù)報(bào)-實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)-快速評(píng)估一體化的外海橋梁施工窗口期決策技術(shù)、抑制橋梁風(fēng)-浪-流耦合振動(dòng)的寬頻帶多重調(diào)諧質(zhì)量阻尼的控制技術(shù)，發(fā)明了消減風(fēng)-浪-流耦合作用荷載的沉箱復(fù)合基礎(chǔ)、套筒與導(dǎo)浪板組合的消浪裝置、大型橋梁深水預(yù)制基礎(chǔ)定位沉放控制系統(tǒng)、新型柔性浮式防波堤，形成了特大型橋梁施工、運(yùn)營(yíng)全過(guò)程的風(fēng)-浪-流耦合作用控制技術(shù)，解決了風(fēng)-浪-流耦合作用控制難題。

填補(bǔ)橋梁風(fēng)-浪-流耦合作用設(shè)計(jì)空白

提出了橋梁風(fēng)-浪-流耦合作用設(shè)計(jì)原則、橋梁風(fēng)-浪-流耦合作用荷載組合模式、橋梁深水基礎(chǔ)波浪荷載參數(shù)取值實(shí)用方法，建立了橋梁風(fēng)-浪-流耦合作用靜動(dòng)力效應(yīng)驗(yàn)算方法，編制了國(guó)內(nèi)外首部《特大型橋梁風(fēng)-浪-流耦合作用設(shè)計(jì)指南》，填補(bǔ)了橋梁風(fēng)-浪-流耦合作用設(shè)計(jì)方面的空白。

展望

21世紀(jì)，隨著我國(guó)交通網(wǎng)絡(luò)的逐步完善及“一帶一路”“海洋強(qiáng)國(guó)”等國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施，橋梁工程建設(shè)逐漸從內(nèi)陸走向近海和遠(yuǎn)海。在惡劣海洋環(huán)境中，跨海特大型橋梁極易遭受強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、巨浪、急流等多災(zāi)害耦合作用而致災(zāi)。項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“風(fēng)浪流耦合及撞擊作用下超大跨橋梁致災(zāi)機(jī)理與安全防控技術(shù)”、中交集團(tuán)重大科技項(xiàng)目“直布羅陀海峽跨海交通工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究”等科技項(xiàng)目，以及瓊州海峽跨海通道工程等重大工程項(xiàng)目，繼續(xù)深入開(kāi)展科技研發(fā)、工程驗(yàn)證和推廣應(yīng)用，引領(lǐng)特大型橋梁風(fēng)-浪-流耦合作用研究向前發(fā)展。

風(fēng)-浪-流三維數(shù)值水槽模擬

車(chē)-橋-風(fēng)浪流耦合動(dòng)力系統(tǒng)的振動(dòng)分析方法

風(fēng)-浪-流精確預(yù)報(bào)-實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)-快速評(píng)估一體化施工窗口期決策技術(shù)

項(xiàng)目完成單位風(fēng)采

中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司

中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)“公規(guī)院”)成立于1954年，原為交通部公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院，1999年改制并入中國(guó)路橋(集團(tuán))總公司，現(xiàn)為中國(guó)交通建設(shè)股份有限公司的全資子公司。

成立65年來(lái)，經(jīng)過(guò)幾代人不懈探索和持續(xù)創(chuàng)新，公規(guī)院實(shí)現(xiàn)了從單一產(chǎn)業(yè)到全產(chǎn)業(yè)鏈（規(guī)劃策劃、可行性研究、投融資、勘察設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、資產(chǎn)處置）、從國(guó)內(nèi)到國(guó)外、從公路到大土木行業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施全壽命周期、全過(guò)程一體化咨詢(xún)服務(wù)產(chǎn)業(yè)格局。

公規(guī)院擁有對(duì)外承包工程資格，工程設(shè)計(jì)綜合甲級(jí)資質(zhì)、工程咨詢(xún)甲級(jí)資質(zhì)、工程勘察綜合類(lèi)甲級(jí)資質(zhì)、城鄉(xiāng)規(guī)劃甲級(jí)資質(zhì)、國(guó)土規(guī)劃甲級(jí)資質(zhì)、公路總承包一級(jí)資質(zhì)、公路行業(yè)甲級(jí)資質(zhì)、市政行業(yè)甲級(jí)資質(zhì)、建筑行業(yè)甲級(jí)資質(zhì)、安全生產(chǎn)許可證、國(guó)家CMA認(rèn)證、公路工程試驗(yàn)檢測(cè)綜合甲級(jí)資質(zhì)、公路工程橋梁隧道工程專(zhuān)項(xiàng)甲級(jí)資質(zhì)、公路及橋梁工程施工監(jiān)理甲級(jí)資質(zhì)、園林景觀綠化設(shè)計(jì)資質(zhì)，同時(shí)是代政府部門(mén)審查評(píng)估單位和商務(wù)部對(duì)外援助項(xiàng)目咨詢(xún)單位?，F(xiàn)有員工1200余人。

橋梁國(guó)家工程研究中心總部及各分中心布局

河北固安研發(fā)基地

結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室

橋梁基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室

高性能材料實(shí)驗(yàn)室

安全監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室

公規(guī)院培養(yǎng)了十佳全國(guó)優(yōu)秀科技工作者1名、全國(guó)工程勘察設(shè)計(jì)大師4名、中國(guó)青年科技獎(jiǎng)1名、百千萬(wàn)人才工程國(guó)家級(jí)人選4名、享受?chē)?guó)務(wù)院特殊津貼專(zhuān)家28名等一大批行業(yè)領(lǐng)軍人才。公司現(xiàn)擁有專(zhuān)業(yè)公司8家、區(qū)域公司21家、辦事處3家。

改革開(kāi)放以來(lái)，公規(guī)院榮獲國(guó)家、省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)和優(yōu)秀設(shè)計(jì)獎(jiǎng)300余項(xiàng)，包括國(guó)家級(jí)技術(shù)類(lèi)獎(jiǎng)項(xiàng)近100項(xiàng)和省部級(jí)科技類(lèi)獎(jiǎng)項(xiàng)200多項(xiàng)。特別是近年來(lái)，屢獲國(guó)際國(guó)內(nèi)重大獎(jiǎng)項(xiàng)，其中國(guó)際級(jí)FIDIC杰出土木工程獎(jiǎng)（項(xiàng)目獎(jiǎng)、優(yōu)秀獎(jiǎng)）4項(xiàng)，ASCE“2010年度杰出土木工程成就獎(jiǎng)”1項(xiàng)，F(xiàn)IB“混凝土結(jié)構(gòu)杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”1項(xiàng)，國(guó)際橋梁大會(huì)“喬治·理查德森大獎(jiǎng)”“古斯塔夫·林德塔爾獎(jiǎng)”“國(guó)際路聯(lián)杰出工程獎(jiǎng)（GRAA）”等6項(xiàng)，國(guó)家級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)7項(xiàng)，中國(guó)土木工程詹天佑大獎(jiǎng)6項(xiàng)。連續(xù)8年榮獲“中國(guó)工程設(shè)計(jì)企業(yè)60強(qiáng)”，2018年位列榜單第16位，位列中國(guó)交建14家設(shè)計(jì)單位首位。

中交公路長(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心有限公司

中交公路長(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心(簡(jiǎn)稱(chēng)“工程中心”)是根據(jù)《國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)辦公廳關(guān)于開(kāi)展公路長(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心組建工作的批復(fù)》(發(fā)改辦高技〔2011〕2679號(hào))、由中國(guó)交通建設(shè)集團(tuán)有限公司主管建設(shè)的國(guó)家級(jí)研發(fā)平臺(tái)，是國(guó)家發(fā)改委和交通運(yùn)輸部在橋梁領(lǐng)域布局的唯一國(guó)家工程研究中心，也是中交集團(tuán)實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略的示范基地。

作為工程中心建設(shè)和運(yùn)行的法人實(shí)體，中交公路長(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心有限公司成立于2012年，由中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司牽頭聯(lián)合中交第二航務(wù)工程局有限公司、中交第二公路工程局有限公司、上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司、重慶萬(wàn)橋交通科技發(fā)展有限公司等6家單位組建。目前為中交集團(tuán)所屬的二級(jí)子公司。

工程中心的主要任務(wù)是圍繞國(guó)家重點(diǎn)工程建設(shè)和行業(yè)發(fā)展需求，建立大跨度、深水域及外海橋梁建設(shè)亟需的關(guān)鍵技術(shù)與裝備的研發(fā)和工程化驗(yàn)證平臺(tái)，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)水深大于50米橋梁深水基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)及裝備、長(zhǎng)大橋梁結(jié)構(gòu)體系、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)及裝備、高效裝配式橋梁設(shè)計(jì)與施工技術(shù)及裝備、長(zhǎng)大橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)檢測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)及裝備等參與相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，推動(dòng)國(guó)際合作與交流，為相關(guān)企業(yè)提供技術(shù)咨詢(xún)服務(wù)，提升我國(guó)橋梁建設(shè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新能力。