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杨鸥:研究立足国家所需 科学保障桥梁寿命

阅读次数:793   发布时间:2021/7/19 10:33:16

                                                      杨鸥:研究立足国家所需 科学保障桥梁寿命

                                                                    圣宾仪器科技上海有限公司

中国古代的桥梁成就举世瞩目,曾在东西方桥梁发展史上占有崇高的地位,为世人所公认。新中国成立之后,特别是改革开放以来随着我国公路交通的迅速发展,桥梁的发展也进一步扩大,它已不再局限于河流之上,大峡谷、城市路面以上以及岛路连接都开始修建桥梁,对桥梁的技术和外形也有了更严格的要求。

建筑材料、设备、建筑技术的较快发展,特别是电子计算技术的广泛使用,为广大技术人员提供了快捷、高精度的计算分析手段,广大的桥梁工程师和工作者,不断推进我国公路桥梁建设事业的发展。湖南大学土木工程学院桥梁工程系副教授杨鸥就是其中的一员。

现如,中国现代桥梁总数超过100万座,21世纪人类新建的100名高桥中,中国有90座。而一直以来,桥梁的安全性能都是其不可忽视的关键问题。目,我国的桥梁设计中对建设期安全、结构强度、初期投入和业主成本较重视,却忽视了桥梁结构的使用寿命和全寿命成本及社会成本,存在较大的缺陷和局限性,不符合以人为本的桥梁建设可持续发展要求。

而杨鸥的研究方向就直指桥梁建设中的痛点,多年来在钢筋混凝土桥梁全寿命性能评估中展开了一系列创新性科研探索。

初心不移

扎根土木工程域

从小,家里人对于知识的重视,以及母亲对于杨鸥辛劳的付出、殷切的鞭策,对他的性格形成与人生道路选择产生了深远影响。从小品学兼优的他,在求学的道路上从未停止过努力,终于19999月,成功考入中国矿业大学(北京)土木工程业,开启了全新的人生旅程。

在这里,杨鸥的学习涉及土木工程域宏观性的学科知识,对整个域有了更加全面的认识。在4年后,他以优异的成绩被保送到哈尔滨工业大学土木工程学院攻读硕士和博士学位,获得了结构工程业硕士学位和工程力学博士学位。通过硕博期间的研究学习,杨鸥在理论基础与工程实践域不断打磨锤炼,为他后期从宏观逐步深入到工程域具体研究内容中打下了坚实的基础,也让他逐渐确定了自己在桥梁工程域的研究方向。

在杨鸥看来,桥梁工程是一门历史悠久并具有浓厚技术积淀的学科。因此,对于域知识的积累十分重要。从本科到博士,从初基本概念的把握到对整体科研域的了解,让杨鸥更能清醒地认识到域内为需要的研究技术是什么,并矢志为此而奋斗下去。

安全性可以说是桥梁建设的生命,也是桥梁建设的根本出发点。桥梁作为沟通各个地区的纽带,其安全性不仅仅是保证桥梁的畅通性,更是连接两个地区经济、文化和情感的枢纽。因此,桥梁建设安全性问题必须受到重点关注。因为桥梁工程的投资,一般都比较大,大型桥梁都在亿元以上,因此使用年限也比较长,通常设计使用年限都是100年。在长期运行的过程中承受各种各样的荷载,会积累一些损伤,导致其整体的性能退化。杨鸥说。

目,杨鸥的研究主要偏向于桥梁的全寿命周期研究。一方面研究桥梁在整体的寿命期内的运行是否满足其承载预期,另一方面为桥梁的维修保养提供数据积累和建议,尽量在桥梁出现风险之,提做好规划与预测。多年来,他在这一方向上不断探索实践,积累了丰富的科研经验。

科研开拓

桥梁建筑的全寿命探索

近些年来,因为桥梁安全问题造成的事故屡见不鲜。杨鸥深知,要解决桥梁工程域的主要问题,就要认准主要矛盾。在他的介绍下,记者了解到:钢筋混凝土桥梁在长期自然环境和使用条件下,由于结构设计、施工及养护管理上存在的问题,导致混凝土结构逐渐老化,损伤甚至出现严重的破坏,直接影响桥梁结构的使用功能和安全。因此,对现有钢筋混凝土桥梁耐久性进行评估和预测已成为一个迫切需要解决的问题。

在此之,杨鸥曾分别于20053—200512月、201612—201712月,往美国伊利诺斯大学厄巴纳-香槟分校、美国密苏里科技大学进行访问交流。两次研究交流,让他在桥梁工程的整体结构抗震以及钢筋和混凝土之间的粘结性能研究中进行了深度学习,为他在桥梁工程域研究视野的开拓以及研究方式的学习,提供了大帮助。

虽然,钢筋混凝土一直作为组合出现。但事实上,它们作为桥梁工程的两种主要材料,应该作为两个独立的个体看待。在长期使用的过程中,钢筋和混凝土界面的性能退化会导致桥梁的承载力或整体性能的退化。杨鸥说。

如,基于湖南大学土木工程学院这一研究平台,杨鸥就在钢筋混凝土结构非线性分析、大跨度桥梁结构限承载力分析及安全评定、钢筋混凝土结构抗火性能等方向中展开了攻关。

在国家自然科学基金面上项目和国家自然科学基金青年基金项目等的支撑下,杨鸥就和研究团队成员通过实验研究,提出了基于定期检测和健康监测技术的斜拉桥结构服役期内主梁整体失效模式及其限承载力演化规律的分析方法,为结构的全寿命设计以及结构安全预警的分提供理论依据。利用上述方法,他们对我国北方某座干线斜拉桥在运营期内的4个典型状态进行计算分析,研究该桥在运营期内的失效模式及其限承载力的演化规律。结果表明,他们所提出的方法可以获得在车辆荷载作用下斜拉桥主梁整体失效模式和相应的限承载力;斜拉桥在服役过程中主梁开裂、钢筋锈蚀、边界条件变化等导致桥梁结构损伤、甚至结构体系及其相应的力学模型发生较大的变化,使结构失效模式及其限承载力发生较大的变化。

除此之外,在高温下钢筋与混凝土的黏结性能试验与分析、高温下钢筋与混凝土粘结锚固性能试验研究中,他们也做了许多探索性尝试,为桥梁建筑的安全性能保驾护航。

理论研究之外,杨鸥还将研究紧贴社会实际,并展开了一系列面向社会应用的创新探索。

2020年虎门大桥事件的发生,让桥梁涡振现象出现在了公众的视野。事实上,涡振是大跨度桥梁在低风速下出现的一种风致振动现象。风振问题主要是一个气动性能,其对整个桥梁的外形结构十分敏感。虽然每个桥的很多参数比较接近,但是只要有一个细微的改动就会对桥梁结构的整体风振性能产生很大的影响。杨鸥说。而他和研究团队就针对避免在桥梁的设计过程中出现较大的涡振开展了一系列探索性工作,以服务于桥梁的安全性设计。

教书育人

寻求域的下一个突破

几乎每一个在科研道路上摸爬滚打的人都会遇到自己的瓶颈期,杨鸥也不例外。但在他看来,科研之路困难是常在的,想要在这一域中做出更多创新性成果,就需要持续的投入以及长期的坚持。每当遇到困难时,他总是这样鼓励自己。

一路走来,杨鸥在科研征程中遇到了多位良师益友,特别是自己的博士生导师欧进萍院士,其对待科学研究的严谨、坚持与热爱,以及脚踏实地做科研的精神对杨鸥的科研之路产生了潜移默化的影响。如作为研究生导师,他也希望能够将自己从事科研工作的经验与态度,传递给学生们。

从事科研工作从来都不是单打独斗,在杨鸥看来,一个人的研究兴趣和特长要和团队整体研究需求相平衡,且更要注重团队成员之间的交叉合作。在学生进入科研团队之,杨鸥会将团队的整体情况做出简单的介绍,让学生在整体了解之后,选择自己感兴趣且较为擅长的科研方向坚持做下去。多年来在教学岗位兢兢业业,杨鸥取得了一系列成果。由他指导的学生在第九届亚洲地区校际结构设计邀请赛以及第十届全国大学生结构设计大赛中,都取得了优异的成绩。

轮势随天度,桥形跨海通。从我们国家的发展来说,桥梁域的研究仍有很强的可持续性。杨鸥说。在后的研究之路中,他还将基于之的研究基础,针对桥梁长期运营所出现的端灾害问题,开展端荷载下桥梁的安全性评估,用科学为国家桥梁工程的未来保驾护航!

                    本篇转至科学中国人

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