为丰富和完善大跨桥梁抗风设计理论和抗风性能研究方法，填补我国山区及沿海台风区等特殊地区桥址处风参数实测与统计分析、主梁气动性能优化与抗风试验研究领域的空白，项目以特殊地区大跨度桥梁为研究对象，发展了适用于该地区的扫描型多普勒测风激光雷风环境观测技术，提出了基于紊流抑振思路的大跨度桥梁主梁断面抑振方法，研发了新型节段模型试验装置及试验方法，为确定特殊地区风参数及提升主梁抗风性能提供了重要参考。

国内外针对特殊地区大跨度桥梁抗风的相关研究，常采用现场实测或地形试验确定风参数、风洞试验遍历气动措施解决主梁风致振动问题的研究方法。风观测中选用的风廓线仪及风观测塔仅能进行单一、定点测试；气动选型过程主要依靠经验具有一定的盲目性；传统桥梁节段模型风洞试验方法难以保证二元流动，阻尼不能实现连续调整，地形试验难以同时满足尺度和精度。本项目创新地引入了扫描型多普勒测风激光雷达进行特殊地区桥址处风参数观测，兼具虚拟测风塔和水平桥面风场定点观测功能，可实现复杂地形下桥梁百米高度和全桥梁区域的三维风场实时观测，投入禹门口黄河大桥、虎门大桥、北盘江大桥等工程项目的应用中，从实测结果中总结出特殊地区风场的非均匀性及特异性特征，并将其应用到数值模拟与风洞试验中，为准确了解特殊地区风环境中桥梁抗风性能提供依据；为精细化研究桥梁抗风性能，设计了新型模型支架和悬挂系统进行桥梁节段模型试验，新的试验方法保证了桥梁各构件抗风性能研究的精度，实现了节段模型悬挂系统阻尼连续可调节，提出了考虑水平方向与垂直方向两个尺度不同缩尺比的多空间尺度地形模型，为特殊地区风环境下桥梁建设提供技术指导；针对特殊地区桥梁出现的风致振动，创新性地提出紊流干涉抑振新型气动措施并深入分析抑制原理及应用条件，为科学化确定抑振措施提供参考。

取得如下创新成果：

1、特殊地区风环境研究

引入扫描型多普勒测风激光雷达测试技术对特殊地区风参数进行现场实测。提出了多手段结合的特殊地区风参数确定方法及设计准则，为特殊地区大跨桥梁的抗风精细化设计和分析提供了指导。为研究特殊地区复杂地形条件下桥梁的风环境，在桥梁建造前期的风参数勘测阶段，传统风观测由于特殊地区地形限制无法在合理位置处设立风观测塔与机械风速计。借助遥感技术创新的引入扫描型多普勒激光雷达在特殊地区桥址处开展风观测，通过激光雷达复杂地形算法，对特殊地区风场进行校正，提高风速测量精度。由于抗风规范中对山区、山口河滩和沿海台风区域等特殊地区桥位风参数的确定方法相对模糊，创新的提出结合现场实测、数值模拟与风洞试验等多种手段确定特殊地区桥位风参数推演算法，为特殊地区风环境与风场测量提供有效参考。

确定特殊地区及山地地形桥位风参数确定方法，获得了峡谷地形风场特性分布规律；针对沟谷地区风特性影响因素，开展了参数化研究，得到了沟谷地形参数、来流风向对深切峡谷风特性的影响并建立数学模型；提出了多手段结合的特殊地区风参数确定方法及建议准则。

2、研发新型节段模型风洞试验装置及试验方法

特殊地区风场参数的获得是开展桥梁抗风性能研究的基础，在风洞试验中准确模拟特殊地区风参数，减小模型、支架系统及测试系统的干扰是保证桥梁抗风性能研究精度的关键。为克服传统桥梁节段模型试验中存在显著的三维端部效应、试验装置存在的干扰效应，研发了一种新型的可移动流线型隔离墙系统，以尽量减少流动干扰，保证节段模型周围的二元流动特性；针对风洞试验大攻角状态下弹簧倾斜引入显著的非线性干扰等弊端，研发了新型的三自由度耦合自由振动装置，该装置基本实现了侧向-竖向-扭转三自由度刚度体系的解耦，大振幅扭转振动不会影响竖向和侧向刚度，竖向或侧向振动也不会引入额外的结构非线性，板弹簧之间、转动轴与竖向板弹簧之间连接均采用轴承连接，结构阻尼可控制在0.25~0.3%左右；针对节段模型试验阻尼比难以连续、精确可调的问题，研发了一种电磁阻尼器，阻尼器采用电磁感应原理，在节段模型进行竖向/扭转振动过程中，模型驱动金属片在两永磁铁形成的磁场之间运动，切割磁感线从而在金属片内形成涡电流，永磁铁之间的磁场对涡电流产生阻尼力。从而实现在节段模型自由振动试验中连续、精确调试结构阻尼。

分别解决了节段模型试验端部效应干扰、三自由度大振幅耦合自由振动模拟和线性结构阻尼调试问题，显著提高了节段模型试验的测试精度。

3、特殊地区桥梁主梁断面风致振控制措施及理论研究

通过特殊地区风环境观测可知，沿桥跨方向作用在桥梁结构上的风特性参数可能存在展向不均匀的特性，这种非均匀风场可以干扰桥梁表面周期性旋涡脱落，借鉴这种抑振思路。针对特殊地区桥梁风致振动提出紊流制振理论，通过风洞试验及数值模拟系统的了解桥梁断面周围扰流特性。采用倒L板、封闭桥面护栏、扰流板、稳定板等紊流发生装置，在桥梁表面生成不规则多尺度旋涡，达到干扰桥梁表面周期性旋涡脱落的目的，抑制桥梁涡振并提高颤振稳定性能。通过风洞试验验证了采用了倒L板、封闭桥面护栏、扰流板、稳定板等紊流发生装置改善了桥梁涡振及颤振性能。结合数值模拟分析了紊流抑振装置对桥梁表面背景流与相干流场的影响，总结了紊流抑振措施针对不同主梁断面的抑振效果及抑振机理。

紊流制振原理及措施研究成功应用于多座特殊地区大跨度桥梁上。如港珠澳大桥江海直达船航道桥整体钢箱梁、禹门口黄河大桥、虎门二桥（现称南沙大桥）坭洲水道桥、大沙水道桥等多座大跨桥梁，显著改善了桥梁涡振及颤振性能。