湖南日报全媒体记者 周顺
一座座桥梁,伫立在峡谷之中、江河之上,将我国幅员辽阔、地形复杂的土地紧密连接。
从原始桥梁结构开始,风效应是摆在建设者面前的一道难关,处理不当,会对桥梁造成危害。可现代桥梁结构正向着跨度更大、更柔、更纤细的方向发展,复杂多变的风致振动又该如何解决?
“啃下”桥梁建设中的这一“硬骨头”,是一代又一代桥梁“御风”卫士终其一生追求的目标。其中,就包括中国青年科技奖获得者、长沙理工大学卓越工程师学院院长韩艳教授。
破风前行,让超级桥梁工程的“定风珠”不断进化
2024年12月28日,长沙理工大学风洞实验室,韩艳和团队成员隔着防护玻璃,专心致志地紧盯风洞试验段内的悬索桥气弹模型。风速每增加1m/s,模型振幅越大,她即刻记录下数据并进行分析。
尽管在学校身兼数职,但作为工程结构风致灾害与智能防控团队负责人,韩艳每周都会和组内硕士、博士研究生开“诸葛亮会”,和他们“泡”在风洞实验室,攻克大跨度桥梁等工程的风致振动难题。
共振,这个被广泛应用于微波加热等日常生活的物理现象,何至于让一座桥梁垮塌?
“在雪山上,大声说话会引起空气振动,当频率与雪层某部分振动频率一致时,就可能发生共振现象造成雪崩。这也是风致桥梁振动的基本原理。”2004年攻读博士研究生时便开始研究工程结构风致振动的韩艳介绍。
对大跨度桥梁产生结构性破坏的颤振、疲劳性破坏的涡振,学界此前已经找到了气流干预措施及增设阻尼器这两颗“定风珠”。不过,当时国内的大型阻尼器产品依赖进口且造价高、使用年限短,而仅有的被动气流干预自适应性差,无法抵挡山区复杂的来流风速和风向。
想要继续提升跨度、让桥梁运行更加稳固,“定风珠”的研发势必要迎来一场“进化”。
风洞实验和数值仿真是韩艳团队二十年如一日的研究秘诀。她借鉴航空航天领域的“主动流动控制”理念,创新性地将其应用于大跨度悬索桥的风振控制研究,持续探索主动吸吹气装置在实际工程中的应用。
此外,韩艳团队研发的大跨桥梁涡振智能流动控制系统和新型水体阻尼装置,打破了国外进口阻尼器的“封锁”,可有效控制大跨桥梁的大振幅软颤振、涡振以及抖振,显著提升了桥梁的抗风性能。
2024年7月14日,由韩艳团队进行抗风研究、主跨长达1860米的四主缆双层悬索桥——湖北燕矶长江大桥主塔全部封顶,其跨度居同类型桥梁世界第一。高耸的桥塔、粗壮的主缆、笔直的吊索、强劲的主梁、坚实的锚碇,共同组成了它最基本的结构和承重体系。
如今,包括已经通车的重庆太洪长江大桥、珠机城际金海特大桥在内,国内外30余座大跨度桥梁的抗风研究都遍布韩艳团队的身影。
难以逾越的天堑、鸿沟,被一座座具有卓越抗风能力的超级桥梁工程征服。
前赴后继,以真创新致敬万千建设者
“韩老师,本周已经结合风洞实验和现场测试数据,完成了吊索频谱分析。”2024年12月29日,被公派到马来西亚大学访学的长沙理工大学2021级直博生王赛龙,一如往常地向韩艳汇报本周的学习进度和成果。
尽管身处异国,但打开王赛龙的会议软件,历史记录工整地展示着师徒俩交流的时间。王赛龙坦言,这样的自律和高强度学习都是导师韩艳言传身教的结果。
韩艳潜心学术研究,连续8年春节假期仍前往工作室,只为完善桥梁抗风理论与分析方法;16年来始终坚守在实验室,只为探寻不同复杂来流下抑制大跨度桥梁风致振动的秘诀。
“不下真功夫就无法取得成果,就算侥幸发表论文也是假创新。”当王赛龙刚刚进入博士阶段,为研究方向、科研成果而焦虑迷茫时,韩艳的话让他铭记心底。几年过去,王赛龙已在大跨度悬索桥吊索风致振动机理及控制研究上越走越踏实。
而这样的师徒相授、循循善诱,韩艳也是从导师陈政清处收获的。
20世纪90年代,中南大学(原长沙铁道学院)陈政清教授成立桥梁抗风研究课题组,开辟桥梁抗风研究方向,培养硕士博士研究生,实现了湖南本土桥梁抗风从0到1的突破。
韩艳追随其脚步,博士毕业后在长沙理工大学搭建抗风研究平台和风洞实验室。至此,工程结构风致灾害与智能防控已经成为该校土木学院的特色研究方向。
“我们师徒一生都与桥梁相依。陈政清院士见证过南京长江大桥通车时,国家自力更生的决心;在上海南浦大桥落成时,认识到我们拼命追赶世界的渴望……”韩艳说,只有真创新才能实现我国桥梁工程的从无到有,一步步追赶世界、领先世界。
2024年11月17日,韩艳在温州参加第十八届中国青年科技奖颁奖典礼,是99位获奖人中唯一的湖南面孔。
桥梁风工程是科学,而人们对科学的认知没有止境。
展望未来,韩艳希望自己做一位“顶天立地”的学者,面向工程结构风致灾害与智能防控研究的前沿方向、切实解决实际工程中遇到的风振问题;同时立足潇湘大地,培育更多创新型复合型人才,向在这片土地奋斗的千千万万建设者致敬。