重慶專訪｜招商交科橋梁與結構工程研究院院長、橋梁工程結構動力學國家重點實驗室副主任耿波
2023-03-23 09:27:54
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當?shù)卣饋砼R，橋梁能否“扛得住”？橋梁的關鍵部件夠不夠“結實”？動力學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構工程研究院院長橋梁工程結構動力學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，這里成為了橋梁設計師盡情施展才華的舞臺。而一個設計方案是否可行，從設計構想能否真正進入到建設施工，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，在整個橋梁的設計建造的過程當中，它處于在什么樣的一個階段？
橋梁工程結構動力學國家重點實驗室副主任 耿波：
橋梁工程結構動力學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，那這個結構肯定要做調(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，就是動力控制了設計。其實我印象最深的應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時是到了1500噸，是突破了規(guī)范。那么這個當時也是在我們這個實驗平臺上做的實驗，從實驗的結果來看，應該來說還是比較好。所以我們是雙索面和單索面幾個方案進行比選之后，那么最終選的是單索面這個方案。
橋梁工程結構動力學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？
橋梁工程結構動力學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。
橋梁工程結構動力學國家重點實驗室副主任 耿波：
這項技術我們用在了很多，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，我們結構就越柔，結構越柔，我們可能整個索里面受力的復雜性就更大。那么這項技術解決了以后，對索纜式橋梁來講，可以實現(xiàn)更大跨越能力。
橋梁工程結構動力學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。
橋梁工程結構動力學國家重點實驗室，是2008年科技部批準建設的首批企業(yè)國家重點實驗室之一，主要聚焦橋梁結構的動力學問題，比如地震、強風、沖擊沖刷、疲勞等因素對橋梁安全的影響。其中，實驗室在結構抗震和結構疲勞兩個方面的試驗能力，全球領先。
橋梁工程結構動力學國家重點實驗室，是2008年科技部批準建設的首批企業(yè)國家重點實驗室之一，主要聚焦橋梁結構的動力學問題，比如地震、強風、沖擊沖刷、疲勞等因素對橋梁安全的影響。其中，實驗室在結構抗震和結構疲勞兩個方面的試驗能力，全球領先。
橋梁工程結構動力學國家重點實驗室副主任 耿波：
這個是我們的地震實驗臺陣，來驗證我們的結構是不是滿足我們的抗震設計要求。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，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?；旧暇褪悄壳拔覀円阎倪@些地震動里面，應該是我們臺子都能夠做模擬的。
看到這個橋是我們當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，導致我們?nèi)ピ谶@個方向上去做一個攻關？
橋梁工程結構動力學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的話，那么有可能就是導致在地震作用下，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)了相應的一些裝備，也服務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。用減隔震技術的一個難點就是我們支座的選型，以及支座的一些力學性能參數(shù)，能不能達到我們設計要求，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。
橋梁工程結構動力學國家重點實驗室副主任 耿波：
支座就設在橋墩跟橋面之間。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航。而在實驗室運行的10年間，這些技術也走出了國門，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航。而在實驗室運行的10年間，這些技術也走出了國門，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。
橋梁工程結構動力學國家重點實驗室副主任 耿波：
橋梁應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：
未來我們會著重關注哪些方向去作為我們攻關的重點？
橋梁工程結構動力學國家重點實驗室副主任 耿波：
那么我們實驗室將來要瞄準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，這個領域里面是全球領先的實驗水平，那么為我們國家的橋梁建設作出更大的貢獻。
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