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重庆专访|招商交科桥梁与结构工程研究院院长、桥梁工程结构动力学国家重点实验室副主任耿波

2024-03-23 09:27:54 浏览量:
转载于:第1眼新闻
       当地震来临,桥梁能否“扛得住”?桥梁的关键部件够不够“结实”?动力学问题如何影响桥梁的安全?《重庆专访》特别策划“国家重点实验室揭秘”本期对话招商交科桥梁与结构工程研究院院长桥梁工程结构动力学国家重点实验室副主任耿波。


       重庆,中国“桥都”,拱桥、悬索桥、斜拉桥…你能想象到的桥型,在这里几乎都能够找到,这里成为了桥梁设计师尽情施展才华的舞台。而一个设计方案是否可行,从设计构想能否真正进入到建设施工,这个论证的过程,就在这个实验室里完成。


重庆电视台 翁弋然:
       我们这个实验室它所发挥的功能,在整个桥梁的设计建造的过程当中,它处于在什么样的一个阶段?

桥梁工程结构动力学国家重点实验室副主任 耿波:
       实验更多的是一种验证性的。如果是说通不过实验,那这个结构肯定要做调整,或者是局部优化,或者是整个方案都有可能会推翻掉,就是动力控制了设计。其实我印象最深的应该就是我参加工作以来,亲历过的东水门大桥跟千厮门大桥。曾经在设计方案上面也有好几版方案,但是要考虑到我们渝中区这个地方又是我们一个核心地带,考虑到景观的需要,比如说我们的拉索,当时有双索面、有单索面可以选择,那么我们这个单索面就意味着我们是一根拉索里面的力,就比双索面要大不少,那么我们这个单索拉力最大当时是到了1500吨,是突破了规范。那么这个当时也是在我们这个实验平台上做的实验,从实验的结果来看,应该来说还是比较好。所以我们是双索面和单索面几个方案进行比选之后,那么最终选的是单索面这个方案。

桥梁工程结构动力学国家重点实验室副主任 耿波:
       大家看到这台装备是我们的超大吨位的索缆疲劳实验系统。实际上桥梁在运行过程中,车辆在上面跑的时候,这个桥一般都是上下在颤的,我们都有这种感受对吧?那么说明我们整个桥梁里面拉索体系,它里面的力它不是恒定不变的。那么这个变化的力就会给我们的拉索带来疲劳问题。全桥我们要选一根最不利的拉索,做它的疲劳实验。我们要做200万次,我们1秒钟一次,1赫兹,那么意味着我们一根索通常要做实验要做两个月左右。

重庆电视台 翁弋然:
       我看到一个数据说是之前在我们没有这个实验之前,它的节奏没有这么快的时候,它可能做一根需要半年?
 
桥梁工程结构动力学国家重点实验室副主任 耿波:
       对,那个时候可能交变一次荷载要几秒钟,我们现在这套系统是世界最领先的拉索疲劳实验系统,我们的频率也可以做到1赫兹,实际上是效率非常高。
 
桥梁工程结构动力学国家重点实验室副主任 耿波:
       这项技术我们用在了很多,像最早我们是苏通长江大桥。因为苏通大桥当时斜拉桥是跨径1088米,就是世界最大跨,还有一个最长索。那么最长的这个索,那么它的疲劳问题相对来说就要比其它的部件可能就要更突出。就是往往跨径越大,我们结构就越柔,结构越柔,我们可能整个索里面受力的复杂性就更大。那么这项技术解决了以后,对索缆式桥梁来讲,可以实现更大跨越能力。

       目前,这套设备已经为苏通大桥、武汉天兴洲大桥等50余座特大桥提供了技术服务,并在3000吨级索力的基础上,又研发了5000吨级的试验系统,也正在为建设中的国家特大工程深中通道、全球最大跨径斜拉桥常泰长江大桥等世界级桥梁提供助力。


桥梁工程结构动力学国家重点实验室副主任 耿波:
       目前我们悬索桥的吊杆、斜拉桥的拉索,索力基本上就1000吨左右,像我们重庆的东水门长江大桥,它的最大索力到了1500吨,在当年已经是超了规范了,就是说我们要专门研发定制专门的一些索体跟实验装备。那么现在随着我们桥梁跨径的加大,以及我们高铁要求的桥梁的刚度要很大,像商合杭高铁芜湖长江大桥,最大索力就到了4300吨,实际上我们这套装备也是当年为一些超大吨位的拉索,专门研发定制的,那么这个实验水平在全世界都是第一的,装备也要跟上趟。

       桥梁工程结构动力学国家重点实验室,是2008年科技部批准建设的首批企业国家重点实验室之一,主要聚焦桥梁结构的动力学问题,比如地震、强风、冲击冲刷、疲劳等因素对桥梁安全的影响。其中,实验室在结构抗震和结构疲劳两个方面的试验能力,全球领先。


桥梁工程结构动力学国家重点实验室副主任 耿波:
       这个是我们的地震实验台阵,来验证我们的结构是不是满足我们的抗震设计要求。那么整个的台阵我们是分了两个部分,一个是我们的固定台,另外一个是我们的活动台,可以做到千米级跨径的桥梁的一些地震动实验。而且我们这两个台子实际上可以分别输入不同的地震动响应,比如说我们一个桥,跨了一个沟谷,如果是左边的山跟右边的山,那么地震来的时候有可能它的抖动是不一样的,那么这个时候我们两个台子还可以分别模拟不同的地震动输入。基本上就是目前我们已知的这些地震动里面,应该是我们台子都能够做模拟的。

       看到这个桥是我们当时做广州的明珠湾大桥,那么我们做的一个抗震实验的模型,那么上面大家看到贴的这些钢块,那么这个就是作为我们的配重块,就是来模拟实桥的很多的质量分布的,这样做出来的实验结果才是代表着我们实桥的一个真实的地震动水平,这个模型可能要做4、5个月。
 
重庆电视台 翁弋然:
       我们实验室现在在抗震方面的实验平台也是全球领先的,所以最初我们是看到了一些什么样的现实的需求,导致我们去在这个方向上去做一个攻关?
 
桥梁工程结构动力学国家重点实验室副主任 耿波:
       因为地震这个问题是全球非常普遍的一个问题,而且我们国家应该又说是一个处于地震比较高烈度带的这样一个情况,我们桥梁的数量也是非常多。那么抗震实验如果做得不深入或者是不细的话,那么有可能就是导致在地震作用下,那么这个梁体轻则比如说就是移位、错位,重则有可能就会导致落梁,或者是整个桥的垮塌。我们正是抓住这个国家的重大战略需求,那么研发了相应的一些装备,也服务了我们很多的重大工程,包括港珠澳大桥。港珠澳大桥主要是引桥,它是用的连续梁,连续梁的跨度又非常长,那么这个时候它处于的地震烈度又非常高。那么整个在设计过程中,这个方案前前后后也讨论过很多遍,那么最终决定还是用减隔震技术。用减隔震技术的一个难点就是我们支座的选型,以及支座的一些力学性能参数,能不能达到我们设计要求,这个是一个非常核心的点。
 
重庆电视台 翁弋然:
       支座到底是什么?刚才您讲这个是比如说桥面,就是我们走车走人的,然后这是桥墩。
 
桥梁工程结构动力学国家重点实验室副主任 耿波:
       支座就设在桥墩跟桥面之间。桥墩跟梁体之间有的时候是可以现浇,混凝土就浇在一起了,但是更多的我们是让桥墩跟桥面之间要留个间隙,相当于是要加一个垫块,再把梁体放上去。也就是说我们地震来的时候,那么我们桥墩跟梁体之间它会产生一个错位变形,那么这个变形就是要通过支座,那通过剪切变形把地震这个力给它消耗掉,那么这个支座能不能满足我们的性能要求,那么就通过这台实验装备来检验。

       除了港珠澳大桥,实验室目前已累计完成了包括云南龙江大桥、重庆朝天门大桥、菜园坝大桥、东水门大桥等十几座特大跨桥梁的抗震试验,为桥梁工程的安全保驾护航。而在实验室运行的10年间,这些技术也走出了国门,为世界最大跨径悬索桥土耳其卡纳卡莱1915大桥、孟加拉达卡高架快速路项目、莫桑比克马普托大桥等数十个工程项目完成了试验验证。


桥梁工程结构动力学国家重点实验室副主任 耿波:
       桥梁应该是我们国家非常靓丽的名片。从功能上来讲,桥梁本来就是叫跨越沟通,实际上是很好的一个对外输出的文化跟技术的两个方面。那么对于整个中国走出去,践行“一带一路”战略,还是非常有支撑意义的。
 
重庆电视台 翁弋然:
       未来我们会着重关注哪些方向去作为我们攻关的重点?
 
桥梁工程结构动力学国家重点实验室副主任 耿波:
       那么我们实验室将来要瞄准的可能就是东部沿海的长大跨境的一些桥梁的问题,以及我们西部山区里面地震近断层的一些问题,还有我们西部山区里面的一些地震下面的链生灾害的一些问题,那么都是我们实验室今后要攻克的方向。那么将来我们的定位是要把我们实验室打造成为,我们叫桥梁工程安全和韧性,这个领域里面是全球领先的实验水平,那么为我们国家的桥梁建设作出更大的贡献。

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