砼桥梁抗风难题攻关取得重要成果

　　湖南大学风工程试验研究中心自2004年建成投入使用以来，来自国内外的一些桥梁风工程专家纷纷来这里考察。专家们对其中一台设备特别感兴趣，这就是国内第一台全数字控制的“节段模型三自由度强迫振动设备”。有了它，桥梁抗风的主要参数将可以在风洞中通过强迫振动准确测试，极大增强了桥梁建设与使用的安全性。

　　从采访中得知，这项新成果由湖南大学风工程实验室主任陈政清教授领衔的科研团队经过6年的研究探索得以完成。近年来，该团队瞄准桥梁抗风的难题开展攻关，已取得了一系列重要成果。

　　陈政清介绍，由于我国国力增强，各种跨度大、外形优美的斜拉桥、悬索桥、钢拱桥大量修建。这种柔性结构的桥梁，在强风之下很容易发生颤抖，出现各种“风振”现象，轻则桥面晃动，影响交通；重则被风刮倒，桥毁人亡。风，成为了大桥的头号敌人。怎样才能战胜风这个最大的敌人、确保桥梁安全成为桥梁界的重大研究课题。

　　柔性桥梁在施工和营运过程中发生大变形，必须采用非线性分析理论设计计算。因此，为柔性桥梁设计提供一套安全可靠的非线性计算理论和抗风理论是陈政清多年致力研究的问题。

　　1988年，铁道部大桥局开始设计中国第一座跨度达400米大桥——武汉长江二桥。这种采用混凝土的大跨度斜拉桥内力变形的非线性效应究竟有多大，国内外都缺乏研究资料，而当时国内仅有的非线性分析通用程序ADINA承担不了这种大桥的非线形分析，即使是在国外，这也是一个正在研究的课题。陈政清及时提出了空间杆系结构大挠度问题内力分析的UL列式法，并依据这个理论为武汉长江二桥编成实用计算程序，并计算出全桥各部位非线性影响因子，该方法比当时的通用程序提高计算效率50倍以上。

　　陈政清注意到在桥梁设计中采用的两参数搜索法，计算十分复杂而且需要人工干涉，难于在设计中直接应用，便开始研究颤振临界风速预测方法。他在国际上最先提出了单参数搜索的思想，创立了预测桥梁颤振失稳临界风速的三维分析方法(简称MS法)，大大简化了搜索过程，而且可实现自动搜索。国际风工程权威Scanlan教授曾撰文对陈政清的方法作了全面肯定。

　　1999年，在上述研究成果的基础上，陈政清又开发出大跨度桥梁空间静动力非线性分析NACS程序。这套具有完全自主知识产权的程序，解决了我国大跨度桥梁建设急需空间非线性分析程序的难题，在我国大跨度桥梁建设史上发挥了重要作用，他的这套理论与方法得到国内外学者的广泛认同与高度评价，先后被同济大学、铁道部、云南省设计院、湖南省交通设计院等多家单位采用，并被评价为“根本性的改进”。1999年，该成果获得了湖南省科技进步一等奖。NACS程序是我国第一座现代悬索桥设计的主要计算程序，至今已经应用于几十座大桥的设计分析；该程序计算出虎门大桥和江阴大桥全部施工过程中颤振临界风速的变化曲线，支持了我国桥梁抗风技术的发展；NACS程序还应用于苏通大桥设计复核，在多家计算结果中，NACS计算结果与国外咨询公司计算结果一致，为国家赢得了声誉。NACS程序不断更新，一直在我国几个大型桥梁设计院中应用。目前，NACS程序又成为我国第一座三塔悬索桥的主要设计计算程序。

　　陈政清说：“科学研究仅仅有理论是不够的，我们需要把理论成果应用于解决实践中的问题，把科研成果转换成生产力。”

　　“拉索风雨振”是斜拉桥常见的危害，如不抑制，将会减短拉索寿命、影响桥上交通安全。从2000年开始，经过连续6年的研究，陈政清带领科研团队创造性地开发出应用先进的磁流变阻尼器的拉索减振系统，应用于洞庭湖大桥，成功地抑制了“拉索风雨振”危害。这项成果被美国土木工程杂志评价为“世界上第一个应用磁流变技术的拉索减震系统”；该项研究丰富和拓宽了国际上对“拉索风雨振”现象的认识，为控制风雨振提供了重要的技术方法。其成果获得了2003年国家科技进步奖二等奖。

　　在磁流变阻尼器的基础上，2004年，陈政清科研团队又发明了无须供电且容易维修的新型永磁调节式磁流变阻尼器，摆脱了磁流变技术对供电系统的依赖性，并在有“世界第一跨”的单索面斜塔斜拉桥的洪山大桥和浏阳河大桥上成功应用3年，建立了一套设计与优化减振系统参数的方法。该成果获2006年湖南省科技进步一等奖，并获得国家发明专利。

　　近年来，陈政清及其课题组作出了7项重大创新成果，并都成功地直接应用于我国几十座大桥梁工程，其中4项获国际同行认可，这些成果及时地为我国上世纪80年代末以来大跨度桥梁建设提供了关键技术支持。

　　在这些年迎“风”造桥的过程中，陈政清冷静地思考了一个问题：在桥梁的建设中，大风很可能还会给我们提出各种意想不到的难题，要迎接更大的挑战，就应该拥有更好的实验手段。2002年至2004年，他四处奔波，精心设计，终于在2004年10月建成了达到国内一流水平的湖南大学风洞实验室。这个有两项技术指标达“国内之最”的实验室，可以用各种人造狂风冲击大桥模型和重要部件，能为大桥设计提供准确数据。他高兴地说：“‘工欲善其事，必先利其器’，有了这样好的实验室，我们大桥设计的抗风水平可以更上一层楼了。”