近日西南交通大學傳來消息，由該校風工程試驗研究中心承擔的世界最大跨度橋梁土耳其“1915恰納卡萊大橋”全橋氣彈模型風洞試驗，在歷經(jīng)4個多月后已圓滿完成，而此次試驗中使用的“西南交大XNJD-3風洞”也是目前世界最大的邊界層風洞。什么是邊界層風洞？其在這座世界最大跨度橋梁的建設中將發(fā)揮哪些作用？科技日報記者就此進行了采訪。

土耳其“1915恰納卡萊大橋”跨越土耳其海峽南端的達達尼爾海峽，建成后將成為連接歐亞大陸的又一重要陸路通道。作為主跨達到2023米的特大懸索橋，該橋計劃投資32.5億美元，建成后其跨度將超過日本明石海峽大橋（主跨1991米）而刷新橋梁跨度世界紀錄。按照建設計劃，該橋?qū)⒃?023年建成通車。今年3月，“1915恰納卡萊大橋”風洞試驗項目面向全球公開招標，最終西南交通大學土木工程學院風工程試驗研究中心和以廖海黎教授為首的橋梁風工程團隊成功中標。

“風洞試驗是大跨徑和特大跨徑橋梁設計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，現(xiàn)實中的大橋如果沒進行風洞試驗，無法有效面對強風，最終會造成大橋損毀甚至垮塌的嚴重后果?！蔽髂辖淮箫L工程實驗室主任廖海黎說，學校風工程試驗研究中心此次完成的大橋風洞試驗是“成橋狀態(tài)下的抗風試驗”，即模擬大橋在面對各種風速下，測試大橋的穩(wěn)定性及安全性，通過解決風振問題，為大橋的設計建設提供關(guān)鍵的技術(shù)支持。

試驗中，大橋的模型設計成為第一道技術(shù)難關(guān)。

“該模型的設計、制作的難度非常大?！绷魏＠枵f，此前國內(nèi)從沒有做過超過2000米懸索橋模型的經(jīng)驗。試驗中，團隊通過大量的計算分析和對比試驗，最終制作出了適合的大橋模型。“整個大橋模型按照1:190的比例設計制作，橋的主梁每一段不能超過20克，從材料選取到設計都必須滿足這個重量要求，包括里面的金屬材料等。此外，這個模型內(nèi)部的金屬骨架也創(chuàng)新性地采用了新的結(jié)構(gòu)形式，從而精確模擬了模型的特性?！绷魏＠璞硎?。

在接下來的試驗中，科研團隊根據(jù)土耳其氣象部門提供的資料，在XNJD-3風洞中模擬出了大橋應對不同風速及不同角度風向的環(huán)境情況，進行了20至30次抗風試驗，而每一種狀態(tài)下都要經(jīng)過至少兩次的測試。最后團隊再根據(jù)測試結(jié)果對大橋模型進行修改完善，以保證大橋的穩(wěn)定性和安全性?！霸囼炛?，團隊甚至模擬了最大的20級強風進行測試實驗。”廖海黎說，該模型最終成功經(jīng)受住了強風考驗，幫助團隊搜集到了相關(guān)數(shù)據(jù)，為大橋的設計建造提供了保障。

“風洞廣泛應用于汽車、航天器、建筑物和運動設備的試驗測試，是進行空氣動力實驗最常用、最有效的工具?！绷魏＠枵f，建成于2008年的西南交大XNJD-3風洞，是目前世界最大的邊界層風洞。其作為模擬大氣邊界層流動的一種低速風洞，能夠模擬地球表面最強自然風對工程結(jié)構(gòu)的作用，特別在模擬橋梁面對大風時的抗風試驗上貢獻頗多。近年來，該風洞先后完成了國內(nèi)外100多座大橋的風洞試驗，包括世界上最長10座懸索橋中的5座，最長10座斜拉橋中的4座。著名的港珠澳大橋、滬通公鐵兩用長江大橋、深中通道伶仃洋大橋等工程建設中都有該風洞的“貢獻”。

目前，通過完成成橋狀態(tài)下的抗風試驗，已有效幫助解決“1915恰納卡萊大橋”建設中涉及抗風安全的風振問題。未來，該風洞還將在大橋施工架設裝置的抗風安全性、成橋的舒適度等方面開展相關(guān)試驗。（盛利）