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不断创新,勇攀桥梁减震的珠穆朗玛峰

文章来源:中国科技新闻网   文章作者:本站编辑   更新时间:2017-02-24    

  ——同济大学桥梁工程系抗震研究室袁万城教授科教工作纪实

  近三十年来,随着我国经济的飞速发展,基建工程大踏步迈进,表现在桥梁建设上,是建造了一些世界级的跨海、跨江、或跨越山谷的大桥,其中不少跨度位于世界前列,接近或者超越发达国家的水平,成为新的人造奇观。然而作为一个地震多发的国家,破坏性地震会造成重大灾难和巨大的经济损失,这对作为生命线工程的桥梁结构来说更是“生死攸关”。同济大学桥梁工程系抗震研究室袁万城教授数十年来一直从事桥梁抗震、振动及安全评价等方面研究,一路走来,积极开拓,锐意创新,创造了多项具有国际领先水平的科技成果,为我国桥梁工程达到和超越国际先进水平做出了突出的贡献。

  1980年袁万城以优异的成绩考入同济大学桥梁工程系,并先后在范立础院士和项海帆院士的指导下获得桥梁与隧道工程专业硕士和博士学位。1990年博士毕业后在同济大学桥梁工程系从事教学科研工作至今,1994年冬破格晋升为研究员,1996年被批准为桥梁与隧道工程专业博士生导师,入选“上海市青年科技启明星计划”,并获得享受国务院政府特殊津贴,其中1996年至2000年担任同济大学桥梁工程系主任。现为同济大学教授,博士生导师,在桥梁抗震理论、减隔震核心思想以及减震装置等方面取得了丰硕的成果。承担完成了数十座大桥的抗震科研攻关项目,主持或参与完成了国家攀登B计划项目、国家科技支撑计划项目以及国家自然科学基金项目等多项科研项目。参与了《公路桥梁抗震设计规范》的两次修订和《公路悬索桥设计规范》(抗震部分)、建设部《城市桥梁抗震设计规范》的编写。在国内外学术期刊与会议上发表论文200多篇,其中SCI与EI检索80多篇,先后荣获国家科技进步一等奖、省部级科技进步一等奖1项、二等奖3项等多个奖项。

  不断挑战自我,紧扣“力与位移合理平衡”减震核心践行

  创新是科研的灵魂,只有通过不断创新,才能取得克服工作中所面临难题的法宝。经过多年的桥梁抗震研究体会,袁万城凝练出桥梁减震体系的“力与位移的合理平衡”这一核心思想,并基于此提出了弱固定式减震体系和协同式减震体系两种理念。

  结合桥梁结构的典型震害,顺应结构环境需求的多样性,袁万城创造性地发明了拉索减震支座,一种将抗震领域广泛使用的限位拉索与普通盆式支座/球型钢支座巧妙的结合在一起的新型减隔震支座,一方面具备了滑动摩擦隔震支座的优点,另一方面弥补了纯滑动摩擦支座无限位能力的缺陷,能够避免地震中因梁体位移过大造成的落梁灾害,完美的实现了弱固定式减震体系对于“力与位移合理平衡”这一核心思想的践行。

  为更好的实现协同式减震体系理念,针对现有简支体系桥梁和连续梁桥常用的橡胶类减震支座的使用误区,改善高烈度地区公路桥梁抗震现状,袁万城发明了一种具有良好减隔震性能且兼有板式橡胶支座构造安装方便优点的新型减隔震支座——高性能板式减震橡胶支座,能够适应上下部结构间更大的水平位移而不发生失稳或滑动破坏,其优良的力学性能在理论分析和科学试验中都得以证实。

  同时,袁万城又从桥梁结构体系防灾角度提出了拉索模数伸缩缝,并积极开展试验研究和工程应用探索,将伸缩缝从一个在防灾领域没有作为的构件,提升到了兼具主动控制与防落梁、防碰撞等功能于一体的结构装置,极大丰富了伸缩缝的使用功能。

  科学研究永远也不会有尽头。当前,无论是跨海大桥,还是跨河、跨谷大桥,长联多跨桥梁应用越来越广泛。而作为整个桥梁系统中体量最大的长联多跨桥梁尚缺少有效的监测与安全评估,超载、偏载等造成的桥梁倒塌事故时有发生;同时,长联多跨桥梁地震响应的特殊性对其抗震安全性也提出了更高的要求。

  鉴于此,袁万城结合自身团队在桥梁减震防灾和风险评估方面的研究优势,提出了聚焦支座性能的长联多跨桥梁监测—减震体系风险评估系统研究。该课题基于桥梁支座受力性能的监测可行性研究,通过开展运营状态与地震作用下长联多跨桥梁支座受力与变形的敏感性研究,确保支座监测—减震体系系统简单有效;同时依托团队多年在桥梁抗震、减震领域的知识积累,提出并开展具有多重缓冲抗脉冲型的智能拉索减震支座的设计研究,突出其易监测、易修复及广适应性能,使新装置智能高效、广泛适应各种复杂环境;利用互联网快速、便捷的优势及其强大的云端系统,通过关键数据的在线采集、处理和分析,将地震易损性分析方法、互联网先进技术等引入该系统,将支座减震功能与监测技术有机结合,可实现对长联多跨桥梁在运营环境作用及地震作用下的监测、预警、安全评估及风险转移策略制订,是对长联多跨桥梁监测与抗震理论的重要补充,能够有效提高长联多跨桥梁正常运营情况下的预警能力,降低地震下的风险,极大地提高整个交通系统的安全性。

  硕果累累,桥梁减震技术达到国际领先水平

  上世纪90年代,在大跨度桥梁抗震理论与分析方法研究中,袁万城紧密结合桥梁工程建设,特别是针对上海南浦大桥、杨浦大桥、汕头海湾大桥等国内的一些特大型桥梁,自主编写了国内首部大跨桥梁空间非线性地震反应分析软件(NSBAP),并在上述桥梁抗震计算中得到成功应用。1993年至1994年受德国DFG资助,在达姆施塔特工业大学从事高强混凝土结构的延性研究。回国后,他将所学应用于桥梁墩柱的延性抗震与加固研究,成果在上海高架桥梁中得到应用,并且为后续抗震规范的修订提供了依据。此外,他还在桥梁减隔震优化设计、悬索桥反应谱分析方法、新型抗震橡胶支座的研发等领域取得了系列成果。硕果累累,实至名归,袁万城作为主要研究人员完成的科研项目“大型桥梁抗震、减隔震研究”获1994年国家教委科技进步奖二等奖。

  仅仅在理论上敢于创新是不够的,还需要理论联系实际,解决工程实际问题,才能真正为社会防震减灾贡献力量。经过多年的实际工程应用探索,袁万城和团队进行了大量的研究和改进,并以此为契机申请了多项实用新型和发明专利,研究了拉索减震支座在不同设计阶段、不同功能需求、不同地震输入、不同桥型、场地条件等情况下的适应性;以南昌朝阳大桥为背景,就拉索减震支座的实桥应用开展了多塔斜拉桥的多台阵振动台科学试验,验证了理论研究的准确性及所采取减隔震措施的安全有效性。并积极组织科研设计单位、生产制造单位编制了四川省地方标准《拉索减震支座与应用技术指南》(DB51/T2241-2016),完善了拉索减震支座的系列化规格化、规范了在各类型桥梁中的抗震设计流程;为实现更大面积的应用积极努力着。

  功夫不负有心人。由于拉索减震支座、高性能板式减震橡胶支座等装置理念先进、技术成熟、性能稳定、造价低廉、性价比高,自适应能力强,更换简单便捷,在城市、公路及铁路桥梁抗震领域中具有广阔的应用前景。项目成果自2009年首次在杭州九堡大桥上成功应用后,相继在福建、山西、四川、江西、上海、北京、广东、广西、云南等省市重大桥梁工程中应用。这一技术的应用,可以避免地震中桥梁毁坏造成的人员伤亡及物质财产损失,具有巨大的直接和间接经济效益,对我国桥梁工程防震减灾起到了重要的推动作用。袁万城团队的多项科研成果,包括拉索减震支座、易修复拉索减震支座、高性能板式减震橡胶支座的创新性和实用性得到了国内外工程抗震领域知名学者的高度评价,经过科技成果鉴定,均在总体上达到国际领先水平,其中“桥梁易修复拉索减震支座关键技术与应用”荣获了教育部2015年度高等学校科学研究优秀成果技术发明奖二等奖。

  有教无类,桃李芬芳满天涯

  孔子云:“有教无类”意即每个人都有其天赋,只要教育得当,人人皆可成才。多年来,受益于他的两位院士导师在道德、人格、治学等方面对他的影响,他始终把老子“道”的智慧“后其身而身先,外其身而身存”作为自己做人、做事和做学问的座右铭。作为一名研究生导师,袁万城认为“每个学生都是千里马,关键在于如何发挥他们自己的优势;即使是最普通的孩子,只要教育得法,也会成为不平凡的人”;他尊重学生的意愿,结合学生本人的兴趣和知识结构与他们一起讨论制定适合自身特点的课题方向;他始终坚持“培养研究生,最重要的就是全心全意的为学生着想,怎样有利于帮助学生培养创新能力,怎样有利于帮助学生获得成长的机会,怎样有利于学生自身发展和成才”。

  袁万城在为研究生授课之初,有意识地将科学精神的培养、科学方法的介绍和创新思维的训练相结合。他认为,一个人治学,首先要高瞻远瞩,立志高远;其次要经过一番辛勤劳动,坚定不移;下足功夫后,自然会豁然开朗,渐入佳境,有所创新。他的学生在这里收获得的不仅仅是知识,更重要的是科学精神和做人做事的道理。有的硕士毕业后在工作中开拓进取、另辟蹊径,脱颖而出;有的博士毕业后很快走上自己独立的科研道路,并取得骄人的成绩;有的则选择了自主创业的道路,将高校的科研成果转化为实际的生产力。

  展望未来,袁万城信心十足。学海无涯,真理和知识没有尽头,是科研工作者永恒泛舟的海洋,而科技创新的终极目的是服务社会、造福人民。30多年来,袁万城凭着对桥梁抗震事业的满腔热情,以桥梁地震安全为己任,带领科研团队勇于开拓,积极创新,取得了一系列世界领先的科技成果。未来,我们坚信袁万城会持续创新,更上层楼,为我国桥梁抗震事业的发展做出更大的贡献,从而更好地服务于社会和人民。

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