重慶專訪｜招商交科橋梁與結(jié)構(gòu)工程研究院院長(zhǎng)、橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(shí)”？動(dòng)力學(xué)問題如何影響橋梁的安全？《重慶專訪》特別策劃“國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室揭秘”本期對(duì)話招商交科橋梁與結(jié)構(gòu)工程研究院院長(zhǎng)橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任耿波。
重慶，中國(guó)“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(jì)師盡情施展才華的舞臺(tái)。而一個(gè)設(shè)計(jì)方案是否可行，從設(shè)計(jì)構(gòu)想能否真正進(jìn)入到建設(shè)施工，這個(gè)論證的過程，就在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室里完成。
重慶電視臺(tái) 翁弋然：
我們這個(gè)實(shí)驗(yàn)室它所發(fā)揮的功能，在整個(gè)橋梁的設(shè)計(jì)建造的過程當(dāng)中，它處于在什么樣的一個(gè)階段？
橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 耿波：
橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 耿波：
實(shí)驗(yàn)更多的是一種驗(yàn)證性的。如果是說通不過實(shí)驗(yàn)，那這個(gè)結(jié)構(gòu)肯定要做調(diào)整，或者是局部?jī)?yōu)化，或者是整個(gè)方案都有可能會(huì)推翻掉，就是動(dòng)力控制了設(shè)計(jì)。其實(shí)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(jì)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(gè)地方又是我們一個(gè)核心地帶，考慮到景觀的需要，比如說我們的拉索，當(dāng)時(shí)有雙索面、有單索面可以選擇，那么我們這個(gè)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(gè)單索拉力最大當(dāng)時(shí)是到了1500噸，是突破了規(guī)范。那么這個(gè)當(dāng)時(shí)也是在我們這個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上做的實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)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(gè)方案進(jìn)行比選之后，那么最終選的是單索面這個(gè)方案。
橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 耿波：
大家看到這臺(tái)裝備是我們的超大噸位的索纜疲勞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)際上橋梁在運(yùn)行過程中，車輛在上面跑的時(shí)候，這個(gè)橋一般都是上下在顫的，我們都有這種感受對(duì)吧？那么說明我們整個(gè)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(gè)變化的力就會(huì)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(shí)驗(yàn)。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(shí)驗(yàn)要做兩個(gè)月左右。
重慶電視臺(tái) 翁弋然：
我看到一個(gè)數(shù)據(jù)說是之前在我們沒有這個(gè)實(shí)驗(yàn)之前，它的節(jié)奏沒有這么快的時(shí)候，它可能做一根需要半年？
橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 耿波：
對(duì)，那個(gè)時(shí)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，我們的頻率也可以做到1赫茲，實(shí)際上是效率非常高。
橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 耿波：
這項(xiàng)技術(shù)我們用在了很多，像最早我們是蘇通長(zhǎng)江大橋。因?yàn)樘K通大橋當(dāng)時(shí)斜拉橋是跨徑1088米，就是世界最大跨，還有一個(gè)最長(zhǎng)索。那么最長(zhǎng)的這個(gè)索，那么它的疲勞問題相對(duì)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(gè)索里面受力的復(fù)雜性就更大。那么這項(xiàng)技術(shù)解決了以后，對(duì)索纜式橋梁來講，可以實(shí)現(xiàn)更大跨越能力。
目前，這套設(shè)備已經(jīng)為蘇通大橋、武漢天興洲大橋等50余座特大橋提供了技術(shù)服務(wù)，并在3000噸級(jí)索力的基礎(chǔ)上，又研發(fā)了5000噸級(jí)的試驗(yàn)系統(tǒng)，也正在為建設(shè)中的國(guó)家特大工程深中通道、全球最大跨徑斜拉橋常泰長(zhǎng)江大橋等世界級(jí)橋梁提供助力。
橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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(shí)驗(yàn)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(zhǎng)江大橋，最大索力就到了4300噸，實(shí)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(gè)實(shí)驗(yàn)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(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，是2008年科技部批準(zhǔn)建設(shè)的首批企業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一，主要聚焦橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問題，比如地震、強(qiáng)風(fēng)、沖擊沖刷、疲勞等因素對(duì)橋梁安全的影響。其中，實(shí)驗(yàn)室在結(jié)構(gòu)抗震和結(jié)構(gòu)疲勞兩個(gè)方面的試驗(yàn)?zāi)芰?，全球領(lǐng)先。
橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，是2008年科技部批準(zhǔn)建設(shè)的首批企業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一，主要聚焦橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問題，比如地震、強(qiáng)風(fēng)、沖擊沖刷、疲勞等因素對(duì)橋梁安全的影響。其中，實(shí)驗(yàn)室在結(jié)構(gòu)抗震和結(jié)構(gòu)疲勞兩個(gè)方面的試驗(yàn)?zāi)芰?，全球領(lǐng)先。
橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 耿波：
這個(gè)是我們的地震實(shí)驗(yàn)臺(tái)陣，來驗(yàn)證我們的結(jié)構(gòu)是不是滿足我們的抗震設(shè)計(jì)要求。那么整個(gè)的臺(tái)陣我們是分了兩個(gè)部分，一個(gè)是我們的固定臺(tái)，另外一個(gè)是我們的活動(dòng)臺(tái)，可以做到千米級(jí)跨徑的橋梁的一些地震動(dòng)實(shí)驗(yàn)。而且我們這兩個(gè)臺(tái)子實(shí)際上可以分別輸入不同的地震動(dòng)響應(yīng)，比如說我們一個(gè)橋，跨了一個(gè)溝谷，如果是左邊的山跟右邊的山，那么地震來的時(shí)候有可能它的抖動(dòng)是不一樣的，那么這個(gè)時(shí)候我們兩個(gè)臺(tái)子還可以分別模擬不同的地震動(dòng)輸入。基本上就是目前我們已知的這些地震動(dòng)里面，應(yīng)該是我們臺(tái)子都能夠做模擬的。
看到這個(gè)橋是我們當(dāng)時(shí)做廣州的明珠灣大橋，那么我們做的一個(gè)抗震實(shí)驗(yàn)的模型，那么上面大家看到貼的這些鋼塊，那么這個(gè)就是作為我們的配重塊，就是來模擬實(shí)橋的很多的質(zhì)量分布的，這樣做出來的實(shí)驗(yàn)結(jié)果才是代表著我們實(shí)橋的一個(gè)真實(shí)的地震動(dòng)水平，這個(gè)模型可能要做4、5個(gè)月。
重慶電視臺(tái) 翁弋然：
我們實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在在抗震方面的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(shí)的需求，導(dǎo)致我們?nèi)ピ谶@個(gè)方向上去做一個(gè)攻關(guān)？
橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 耿波：
因?yàn)榈卣疬@個(gè)問題是全球非常普遍的一個(gè)問題，而且我們國(guó)家應(yīng)該又說是一個(gè)處于地震比較高烈度帶的這樣一個(gè)情況，我們橋梁的數(shù)量也是非常多。那么抗震實(shí)驗(yàn)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(gè)梁體輕則比如說就是移位、錯(cuò)位，重則有可能就會(huì)導(dǎo)致落梁，或者是整個(gè)橋的垮塌。我們正是抓住這個(gè)國(guó)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(zhǎng)，那么這個(gè)時(shí)候它處于的地震烈度又非常高。那么整個(gè)在設(shè)計(jì)過程中，這個(gè)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(gè)難點(diǎn)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?cè)O(shè)計(jì)要求，這個(gè)是一個(gè)非常核心的點(diǎn)。
重慶電視臺(tái) 翁弋然：
支座到底是什么？剛才您講這個(gè)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(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(shí)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(gè)間隙，相當(dāng)于是要加一個(gè)墊塊，再把梁體放上去。也就是說我們地震來的時(shí)候，那么我們橋墩跟梁體之間它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)位變形，那么這個(gè)變形就是要通過支座，那通過剪切變形把地震這個(gè)力給它消耗掉，那么這個(gè)支座能不能滿足我們的性能要求，那么就通過這臺(tái)實(shí)驗(yàn)裝備來檢驗(yàn)。
除了港珠澳大橋，實(shí)驗(yàn)室目前已累計(jì)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(yàn)，為橋梁工程的安全保駕護(hù)航。而在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行的10年間，這些技術(shù)也走出了國(guó)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(xiàng)目、莫桑比克馬普托大橋等數(shù)十個(gè)工程項(xiàng)目完成了試驗(yàn)驗(yàn)證。
除了港珠澳大橋，實(shí)驗(yàn)室目前已累計(jì)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(yàn)，為橋梁工程的安全保駕護(hù)航。而在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行的10年間，這些技術(shù)也走出了國(guó)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(xiàng)目、莫桑比克馬普托大橋等數(shù)十個(gè)工程項(xiàng)目完成了試驗(yàn)驗(yàn)證。
橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 耿波：
橋梁應(yīng)該是我們國(guó)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(shí)際上是很好的一個(gè)對(duì)外輸出的文化跟技術(shù)的兩個(gè)方面。那么對(duì)于整個(gè)中國(guó)走出去，踐行“一帶一路”戰(zhàn)略，還是非常有支撐意義的。
重慶電視臺(tái) 翁弋然：
未來我們會(huì)著重關(guān)注哪些方向去作為我們攻關(guān)的重點(diǎn)？
橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 耿波：
那么我們實(shí)驗(yàn)室將來要瞄準(zhǔn)的可能就是東部沿海的長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)室今后要攻克的方向。那么將來我們的定位是要把我們實(shí)驗(yàn)室打造成為，我們叫橋梁工程安全和韌性，這個(gè)領(lǐng)域里面是全球領(lǐng)先的實(shí)驗(yàn)水平，那么為我們國(guó)家的橋梁建設(shè)作出更大的貢獻(xiàn)。
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