为中国桥梁走向世界赋能添翼

2019-07-19 06:10:22 科学中国人·上半月2019年5期

刘佳

悬索桥和斜拉桥统称为缆索承重桥梁,是跨越能力最强的两种桥型,因而往往成为跨越江海、峡谷等自然天堑的首选桥型和打通现代陆地交通“梗阻”的利器。大跨度缆索承重桥梁因其科技含量高、建造难度大,常常被业内作为衡量桥梁工程技术进步的标尺。

改革开放以来,我国大跨度缆索承重桥梁建造技术从一开始学习国外,追赶先进,直至今日稳居世界第一方阵,已成为让世界惊羡的一张“中国名片”。据统计,目前世界上已建成的千米以上跨度悬索桥共39座,我国拥有19座;在建的千米以上跨度悬索桥共16座,我国拥有13座。世界上已建成的500米以上跨度斜拉桥共55座,我国拥有36座;在建的500米以上跨度斜拉桥共47座,我国拥有38座。

然而,大跨度缆索承重桥梁具有结构轻柔、阻尼小等特点,极易发生各种类型的风致振动,从而严重危害桥梁的结构安全、运行品质和耐久性。为了解决大跨度缆索承重桥梁的抗风难题,搬掉这只制约大跨度缆索承重桥梁发展的拦路虎,20多年来,廖海黎带领西南交通大学桥梁风工程团队克服了重重困难,在大跨度缆索承重桥梁抗风试验技术、计算理论及工程应用等方面取得了国内外瞩目的成绩,为我国大跨度缆索承重桥梁赶超世界先进水平做出了突出贡献。2019年年初,在2018年度国家科技奖励大会上,廖海黎教授领衔的项目“大跨度缆索承重桥梁抗风关键技术与工程应用”荣获国家科技进步奖二等奖。

据联合国相关统计数据,我国是世界上受风灾影响最为严重的三个国家之一,如何抵抗风害成为我国大跨度缆索承重桥梁建设中的关键技术难题。1940年塔科马大桥被微风摧毁之后诞生的桥梁风工程学,是研究和解决桥梁抗风问题的交叉学科,它涉及桥梁工程学、空气动力学、结构动力学、流固耦合力学、风气象学和风洞试验等多个学科门类。我国大跨度缆索承重桥梁发展初期,不仅面临着缺乏大型边界层风洞的窘境,在桥梁抗风试验技术、计算理论方法及风振控制技术等方面,也与国外先进水平差距巨大,从而严重制约了我国大跨度缆索承重桥梁的发展。

面对严峻的现实,廖海黎带领团队在大型风洞试验平台及试验技术、大跨度桥梁风振计算理论及气动控制技术等方面攻坚克难,取得了一系列创新性成果和突破。自主研制了世界最大、性能先进的边界层风洞,为大跨度缆索承重桥梁抗风研究与抗风设计提供了关键技术装备,大大提升了我国的桥梁抗风试验能力;建立了高精度桥梁气动力模型和风振分析方法,显著降低了大跨缆索承重桥梁风振计算误差,发展和完善了桥梁抗风计算理论;建立了大跨缆索承重桥梁主梁气动外形设计准则,提出了系统性的桥梁风振气动控制技术,显著促进了大跨缆索承重桥梁风振控制技术的进步。这些研究成果直接应用于港珠澳大桥抗风设计,还在国内76座、国外8座大跨度缆索承重桥梁建设中得到直接应用,其中包括世界十大悬索桥中的5座、世界十大斜拉桥中的4座。

廖海黎数十年来一直致力于桥梁风工程研究,先后主持完成了多项国家自然科学基金、原国家“973”计划、科技支撑计划等项目,同时还带领团队完成了100余座国内外重大桥梁工程的抗风科研项目,获得20余项省部级科技奖励。作为团队带头人,廖海黎教授始终将满足国家重大需求、加强基础理论研究和提升国际竞争力作为实验室和团队建设的宗旨。2012年9月,风工程试验研究中心通过国际竞标赢得了美国Gerald Desmond大桥的抗风科研项目,这是我国科研机构首次在发达国家获得的大跨度缆索承重桥梁抗风科研项目。2018年3月,研究中心又在国际竞標中击败了多家实力强劲的国外对手,获得了世界最大跨度桥梁——土耳其1915恰纳卡莱大桥的结构抗风性能研究项目,这标志着我国桥梁抗风试验研究能力已达到国际一流水平。

“我国交通基础设施建设任重道远,川藏铁路等西部交通干线、琼州海峡通道等跨海工程,都离不开大跨度缆索承重桥梁;世界上还有不少超级桥梁工程需要我们克服抗风科技难题。”廖海黎教授说,“成绩属于过去,我们团队将不懈努力,不断创造新的佳绩,为国家交通建设和中国桥梁科技走向世界赋能添翼”。