桥梁风工程发展现状与趋势

在20实世纪桥梁工程取得了巨大成就的基础上，21世纪的世界桥梁工程将进入建设跨海连岛工程的新时期。21世纪上半页，已经规划多年的洲际跨海工程，如欧非直布罗陀海峡通道、欧亚博斯普鲁斯海峡第三通道以及欧美白令海峡工程将气动，意大利墨西拿海峡大桥最终方案已经敲定。在亚洲，东北亚的日本和朝鲜有可能通过朝鲜的跨海工程建设陆地通道，日本也将开始实施“第二国土轴”计划，通过多座跨海工程建设沿太平洋海岸的高速公路干线。

中国的崛起令世界瞩目，在完成“五纵七横”的主干公路建设的同时，也开始跨海工程的前期工作，如上海的崇明越江通道和杭州湾跨海工程，舟山连岛工程已经开始气动，跨渤海弯、琼洲海峡等工程也在进行前期研究。

21世纪的跨海工程必将出现许多超大跨度的斜拉桥和悬索桥，以避开深水基础和满足超大型船队的通航要求。这些大型工程所包含的特殊问题的出现给桥梁工程研究人员提出了新的研究课题，而这些课题又是必须在工程实际中得到妥善的解决。如跨海连岛工程，这些桥梁或因通航要求、或因地质条件需要桥梁采用大的跨度，而这些沿海地区往往受台风频袭，风对桥梁的作用被凸现出来，对大跨度桥梁，风可能控制结构设计，对超大跨度桥梁，风将控制结构设计。在大跨度桥梁设计中，风洞试验已经成为方案选择、检验设计的重要一环。

桥梁结构的抗风起源于著名的Tacoma Narrows旧桥1940年的风毁事故，经过60多年的研究，已经取得了相当大的研究成果，今后主要的研究将集中在如下几个方面：

桥梁风振理论精细化分析

目前桥梁抗风研究理论是建立由Scanlan和Davenport于20世纪60年代提出的理论的基础上的，该理论框架是基于非变形结构和线性气动力模型的线性确定性模态分析方法。风振理论的精细化分析要考虑结构的变形以及气动力的非线性模型，从这两个方面来进行更为深入的研究。

桥梁风振机理研究

从Tacoma Narrows旧桥的风毁开始，就一直进行着桥梁颤振机理的研究，直到1990年，英国的Wyatt著文指出：平板的古典耦合颤振和钝体断面的扭转颤振是两种不同的机制。尽管目前风洞试验可以保证桥梁抗风安全设计，但流体与结构的相互作用机理仍不清楚。20世纪90年代，日本的Matsumoto对各种桥梁断面进行了仔细的流态和颤振形态研究，分析了弯扭耦合的不同比例及其对颤振的影响，并在实验中发现了涡的形成和沿桥面的漂移。随后丹麦的Larsen利用离散涡方法揭示了Tacoma桥断面流体与结构相互作用的全过程，研究表明：卡门涡街不会引起扭转振动的发散，但涡流沿桥面的漂移却会使升力的作用点同时漂移，造成升力矩从正向负的转化，当涡的间距和桥面宽度达到一定配合关系将激起发散的扭转振动。目前关于斜拉索风雨振动、涡激振动的机理研究也是一个热点。

计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）的应用

20世纪90年代初，丹麦已经开发出基于离散涡方法的DVMFLOW软件，随后同济大学先后开发了基于有限元和离散涡方法的CFD软件，实现了桥梁断面（二维）的气动参数数值模拟。

气动参数识别的改进

虽然自1971年Scanlan和Tomco发表了“机翼与桥梁断面气动导数”，桥梁断面的气动导数识别算法有了许多创新和改进，但实践中还存在许多不确定性因素，从而影响到气动导数的识别精度。同时，气动导纳函数是一个影响桥梁抖振分析结果十分重要的参数，目前的分析仍是一个近似，停留在1962年Davenport建立的用Sears函数（Liepmann表达式）考虑气动导纳修正的最初框架上。因此，如何建立一个更为合理的、能考虑气动力非线性因素的气动导纳表达式将显得十分迫切和重要。

建筑结构抗风研究发展现状及趋势

建筑风工程是一门综合性学科，在工程中广泛应用。风洞模型试验是实验研究中的一项重要手段，它与构筑物足尺实例是相辅相成的两个方面，当结构物未建成或无条件进行实测时，模型风洞实验则是进行研究的唯一手段。通过对各种特殊体型的高层、超高层建筑及建筑群的风洞试验研究，可为设计提合理的参数，使拟建的建筑物安全可靠，经济合理。

建筑结构风工程主要集中在如下几个方面：

1.高层建筑、大型体育场馆的测压试验；

2.高层建筑的横风向振动和扭转振动及振动控制;

3. 群体高层建筑的气动干扰效应.

汽车风工程研究发展现状及趋势

汽车风工程是一门综合性学科，在汽车设计中广泛应用。通过风洞试验可得到汽车的风阻系数以及车身表面的压力分布，为汽车设计提供必要的空气动力参数，从而降低油耗，更为安全，使汽车设计更为安全可靠，经济合理。

汽车风洞试验主要分如下三类：

第一类是研究如何减小对汽车油耗和向大气排放的碳酸气体比率有重大影响的汽车风阻系数；

第二类是研究如何减少汽车的空气动力学噪声，改善行车舒适性；

第三类是研究如何提高车辆的安全，尤其是车辆的动态稳定性和侧风的影响。目前湖南大学风工程试验研究中心的HD-2号风洞可以进行空气动力学试验，即可以完成“第一类”和“第三类”研究。

数值模拟由于具有周期短、费用低、应用范围广等优点，目前越来越受到关注，也是汽车风工程研究的一个主要发展方向。