重慶專訪｜招商交科橋梁與結(jié)構(gòu)工程研究院院長、橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點實驗室副主任耿波
2023-03-23 09:27:54
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當(dāng)?shù)卣饋砼R，橋梁能否“扛得住”？橋梁的關(guān)鍵部件夠不夠“結(jié)實”？動力學(xué)問題如何影響橋梁的安全？《重慶專訪》特別策劃“國家重點實驗室揭秘”本期對話招商交科橋梁與結(jié)構(gòu)工程研究院院長橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點實驗室副主任耿波。
重慶，中國“橋都”，拱橋、懸索橋、斜拉橋…你能想象到的橋型，在這里幾乎都能夠找到，這里成為了橋梁設(shè)計師盡情施展才華的舞臺。而一個設(shè)計方案是否可行，從設(shè)計構(gòu)想能否真正進(jìn)入到建設(shè)施工，這個論證的過程，就在這個實驗室里完成。
重慶電視臺 翁弋然：
我們這個實驗室它所發(fā)揮的功能，在整個橋梁的設(shè)計建造的過程當(dāng)中，它處于在什么樣的一個階段？
橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點實驗室副主任 耿波：
橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點實驗室副主任 耿波：
實驗更多的是一種驗證性的。如果是說通不過實驗，那這個結(jié)構(gòu)肯定要做調(diào)整，或者是局部優(yōu)化，或者是整個方案都有可能會推翻掉，就是動力控制了設(shè)計。其實我印象最深的應(yīng)該就是我參加工作以來，親歷過的東水門大橋跟千廝門大橋。曾經(jīng)在設(shè)計方案上面也有好幾版方案，但是要考慮到我們渝中區(qū)這個地方又是我們一個核心地帶，考慮到景觀的需要，比如說我們的拉索，當(dāng)時有雙索面、有單索面可以選擇，那么我們這個單索面就意味著我們是一根拉索里面的力，就比雙索面要大不少，那么我們這個單索拉力最大當(dāng)時是到了1500噸，是突破了規(guī)范。那么這個當(dāng)時也是在我們這個實驗平臺上做的實驗，從實驗的結(jié)果來看，應(yīng)該來說還是比較好。所以我們是雙索面和單索面幾個方案進(jìn)行比選之后，那么最終選的是單索面這個方案。
橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點實驗室副主任 耿波：
大家看到這臺裝備是我們的超大噸位的索纜疲勞實驗系統(tǒng)。實際上橋梁在運行過程中，車輛在上面跑的時候，這個橋一般都是上下在顫的，我們都有這種感受對吧？那么說明我們整個橋梁里面拉索體系，它里面的力它不是恒定不變的。那么這個變化的力就會給我們的拉索帶來疲勞問題。全橋我們要選一根最不利的拉索，做它的疲勞實驗。我們要做200萬次，我們1秒鐘一次，1赫茲，那么意味著我們一根索通常要做實驗要做兩個月左右。
重慶電視臺 翁弋然：
我看到一個數(shù)據(jù)說是之前在我們沒有這個實驗之前，它的節(jié)奏沒有這么快的時候，它可能做一根需要半年？
橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點實驗室副主任 耿波：
對，那個時候可能交變一次荷載要幾秒鐘，我們現(xiàn)在這套系統(tǒng)是世界最領(lǐng)先的拉索疲勞實驗系統(tǒng)，我們的頻率也可以做到1赫茲，實際上是效率非常高。
橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點實驗室副主任 耿波：
這項技術(shù)我們用在了很多，像最早我們是蘇通長江大橋。因為蘇通大橋當(dāng)時斜拉橋是跨徑1088米，就是世界最大跨，還有一個最長索。那么最長的這個索，那么它的疲勞問題相對來說就要比其它的部件可能就要更突出。就是往往跨徑越大，我們結(jié)構(gòu)就越柔，結(jié)構(gòu)越柔，我們可能整個索里面受力的復(fù)雜性就更大。那么這項技術(shù)解決了以后，對索纜式橋梁來講，可以實現(xiàn)更大跨越能力。
橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點實驗室副主任 耿波：
目前我們懸索橋的吊桿、斜拉橋的拉索，索力基本上就1000噸左右，像我們重慶的東水門長江大橋，它的最大索力到了1500噸，在當(dāng)年已經(jīng)是超了規(guī)范了，就是說我們要專門研發(fā)定制專門的一些索體跟實驗裝備。那么現(xiàn)在隨著我們橋梁跨徑的加大，以及我們高鐵要求的橋梁的剛度要很大，像商合杭高鐵蕪湖長江大橋，最大索力就到了4300噸，實際上我們這套裝備也是當(dāng)年為一些超大噸位的拉索，專門研發(fā)定制的，那么這個實驗水平在全世界都是第一的，裝備也要跟上趟。
橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點實驗室，是2008年科技部批準(zhǔn)建設(shè)的首批企業(yè)國家重點實驗室之一，主要聚焦橋梁結(jié)構(gòu)的動力學(xué)問題，比如地震、強(qiáng)風(fēng)、沖擊沖刷、疲勞等因素對橋梁安全的影響。其中，實驗室在結(jié)構(gòu)抗震和結(jié)構(gòu)疲勞兩個方面的試驗?zāi)芰Γ蝾I(lǐng)先。
橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點實驗室，是2008年科技部批準(zhǔn)建設(shè)的首批企業(yè)國家重點實驗室之一，主要聚焦橋梁結(jié)構(gòu)的動力學(xué)問題，比如地震、強(qiáng)風(fēng)、沖擊沖刷、疲勞等因素對橋梁安全的影響。其中，實驗室在結(jié)構(gòu)抗震和結(jié)構(gòu)疲勞兩個方面的試驗?zāi)芰Γ蝾I(lǐng)先。
橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點實驗室副主任 耿波：
這個是我們的地震實驗臺陣，來驗證我們的結(jié)構(gòu)是不是滿足我們的抗震設(shè)計要求。那么整個的臺陣我們是分了兩個部分，一個是我們的固定臺，另外一個是我們的活動臺，可以做到千米級跨徑的橋梁的一些地震動實驗。而且我們這兩個臺子實際上可以分別輸入不同的地震動響應(yīng)，比如說我們一個橋，跨了一個溝谷，如果是左邊的山跟右邊的山，那么地震來的時候有可能它的抖動是不一樣的，那么這個時候我們兩個臺子還可以分別模擬不同的地震動輸入。基本上就是目前我們已知的這些地震動里面，應(yīng)該是我們臺子都能夠做模擬的。
看到這個橋是我們當(dāng)時做廣州的明珠灣大橋，那么我們做的一個抗震實驗的模型，那么上面大家看到貼的這些鋼塊，那么這個就是作為我們的配重塊，就是來模擬實橋的很多的質(zhì)量分布的，這樣做出來的實驗結(jié)果才是代表著我們實橋的一個真實的地震動水平，這個模型可能要做4、5個月。
重慶電視臺 翁弋然：
我們實驗室現(xiàn)在在抗震方面的實驗平臺也是全球領(lǐng)先的，所以最初我們是看到了一些什么樣的現(xiàn)實的需求，導(dǎo)致我們?nèi)ピ谶@個方向上去做一個攻關(guān)？
橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點實驗室副主任 耿波：
因為地震這個問題是全球非常普遍的一個問題，而且我們國家應(yīng)該又說是一個處于地震比較高烈度帶的這樣一個情況，我們橋梁的數(shù)量也是非常多。那么抗震實驗如果做得不深入或者是不細(xì)的話，那么有可能就是導(dǎo)致在地震作用下，那么這個梁體輕則比如說就是移位、錯位，重則有可能就會導(dǎo)致落梁，或者是整個橋的垮塌。我們正是抓住這個國家的重大戰(zhàn)略需求，那么研發(fā)了相應(yīng)的一些裝備，也服務(wù)了我們很多的重大工程，包括港珠澳大橋。港珠澳大橋主要是引橋，它是用的連續(xù)梁，連續(xù)梁的跨度又非常長，那么這個時候它處于的地震烈度又非常高。那么整個在設(shè)計過程中，這個方案前前后后也討論過很多遍，那么最終決定還是用減隔震技術(shù)。用減隔震技術(shù)的一個難點就是我們支座的選型，以及支座的一些力學(xué)性能參數(shù)，能不能達(dá)到我們設(shè)計要求，這個是一個非常核心的點。
重慶電視臺 翁弋然：
支座到底是什么？剛才您講這個是比如說橋面，就是我們走車走人的，然后這是橋墩。
橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點實驗室副主任 耿波：
支座就設(shè)在橋墩跟橋面之間。橋墩跟梁體之間有的時候是可以現(xiàn)澆，混凝土就澆在一起了，但是更多的我們是讓橋墩跟橋面之間要留個間隙，相當(dāng)于是要加一個墊塊，再把梁體放上去。也就是說我們地震來的時候，那么我們橋墩跟梁體之間它會產(chǎn)生一個錯位變形，那么這個變形就是要通過支座，那通過剪切變形把地震這個力給它消耗掉，那么這個支座能不能滿足我們的性能要求，那么就通過這臺實驗裝備來檢驗。
除了港珠澳大橋，實驗室目前已累計完成了包括云南龍江大橋、重慶朝天門大橋、菜園壩大橋、東水門大橋等十幾座特大跨橋梁的抗震試驗，為橋梁工程的安全保駕護(hù)航。而在實驗室運行的10年間，這些技術(shù)也走出了國門，為世界最大跨徑懸索橋土耳其卡納卡萊1915大橋、孟加拉達(dá)卡高架快速路項目、莫桑比克馬普托大橋等數(shù)十個工程項目完成了試驗驗證。
除了港珠澳大橋，實驗室目前已累計完成了包括云南龍江大橋、重慶朝天門大橋、菜園壩大橋、東水門大橋等十幾座特大跨橋梁的抗震試驗，為橋梁工程的安全保駕護(hù)航。而在實驗室運行的10年間，這些技術(shù)也走出了國門，為世界最大跨徑懸索橋土耳其卡納卡萊1915大橋、孟加拉達(dá)卡高架快速路項目、莫桑比克馬普托大橋等數(shù)十個工程項目完成了試驗驗證。
橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點實驗室副主任 耿波：
橋梁應(yīng)該是我們國家非常靚麗的名片。從功能上來講，橋梁本來就是叫跨越溝通，實際上是很好的一個對外輸出的文化跟技術(shù)的兩個方面。那么對于整個中國走出去，踐行“一帶一路”倡議，還是非常有支撐意義的。
重慶電視臺 翁弋然：
未來我們會著重關(guān)注哪些方向去作為我們攻關(guān)的重點？
橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點實驗室副主任 耿波：
那么我們實驗室將來要瞄準(zhǔn)的可能就是東部沿海的長大跨境的一些橋梁的問題，以及我們西部山區(qū)里面地震近斷層的一些問題，還有我們西部山區(qū)里面的一些地震下面的鏈生災(zāi)害的一些問題，那么都是我們實驗室今后要攻克的方向。那么將來我們的定位是要把我們實驗室打造成為，我們叫橋梁工程安全和韌性，這個領(lǐng)域里面是全球領(lǐng)先的實驗水平，那么為我們國家的橋梁建設(shè)作出更大的貢獻(xiàn)。
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