“中国的桥梁都是中国造”——葛耀君谈改革开放40年同济桥梁科技成就

发布时间 :2018-06-28 

   “改革开放以来40年,中国的桥梁都是中国人自己造的。”近日,我校土木工程防灾国家重点实验室主任葛耀君接受采访时表示,2000年至今国际桥协杰出结构奖共评出47项,中国占了11项,包括6个桥梁项目(其中,上海卢浦大桥、苏通长江大桥、西堠门大桥、泰州长江大桥等4座都有同济人参与),体现了中国桥梁的实力。
      改革开放后,中国人争取到南浦大桥的设计建造权
      改革开放后,中国人争取桥梁设计建造权得从李国豪老校长说起。
      黄浦江上要建桥,改革开放后上海人又燃起了坐车过黄浦江的梦。1982年,上海市建委委托市政设计院进行南浦大桥的可行性研究,设计院根据当时正在进行的重庆石门大桥工程的经验,建议采取400米的预应力混凝土斜拉桥方案。刚刚出任上海市科协主席的李国豪校长建议上海市科委委托同济大学也做一个可行性研究,研究负责人是项海帆。一年后,两家方案均在广州举行的第三届全国桥梁会议上亮相。可是,可行性报告递上去后,几年都没有音讯。

南浦大桥

      1986年底,项海帆受日本桥梁专家伊藤学的邀请,从美国转道日本东京大学访问。伊藤学介绍了日本正在进行的南浦大桥设计工作。原来,1986年倪天增副市长率团访问日本,一家设计公司进言:“中国近期不具备大跨度桥梁设计能力。”倪天增接受了日本提出的免费设计、申请亚洲银行低息贷款帮助上海市建造南浦大桥的建议,并草签了协议。此间,日方组织了由设计、科研、施工单位组成的联合体,正在热火朝天地忙着!
      回国后,项海帆立即找到李国豪。一次,市里各大班子领导聚到了一起,早有准备的李国豪走到时任市长的江泽民同志面前,原原本本地讲述了中国人自己建造南浦大桥的理由和已经做了的工作,并建议他“抽空到同济去看看,同济正在进行大桥的抗风试验。”
      1987年7月,江泽民如约来到同济大学,听取同济大学桥梁专家的汇报。“自己来做有没有把握?如果做了一半再请日本人来帮忙收场,就更被动了。”听完同济大学的汇报,江泽民面色凝重。大家意识到还没有说服江市长。
      江泽民同志走后,项海帆立即开始写信:“中国桥梁工程界完全有能力自己设计和建造像黄浦江大桥这样规模和技术难度的大跨度桥梁。”“由外国人在国际桥梁会议的讲坛上演讲有关中国大桥的论文是难以想象的,中国工程界需要用实践来提高自己的水平。”李国豪看完信,简单的调整了个别字句,就让项海帆赶快发出去。终于等到了好消息。
      1988年初,上海市建委召开会议,南浦大桥建设的大幕拉开,由中国人自主建造,同济大学结合梁桥面的斜拉桥方案被定为实施方案。1988年冬天,刚刚成立的南浦大桥指挥部转来江泽民市长批复的复印件:“我看主意应该定了,就以中国人为主设计,集思广益,至多请个把美籍华人当当顾问。”江泽民的这个批示,启动了中国桥梁建设科技的一个新时代,一个从学习到全面追赶的新时代。大桥建设工作由副市长倪天增主持,同济大学除了参与部分设计工作,义不容辞地担当了科研项目总承包的任务。
      1991年11月,南浦大桥通车。日本桥梁权威伊藤学参观后感慨地说:“我们本来以为中国工程师不敢自主建设这一工程,但是你们完成了,而且做得很好。你们会了,我们就很难竞争了,按照你们的造价我们做不下来。”南浦大桥的造价不足日本概算的一半,雄伟的大桥飘逸、优雅地挽起浦东、浦西,近百年来上海人乘车过江的夙愿一朝实现。这项成果获得1995年国家科技进步一等奖。
      李国豪的突出贡献有两点对于中国桥梁人有着深刻的历史意义:为中国人自主建设大跨度桥梁拉开了序幕,从此外国桥梁建设者很快全面退出中国;拉开了一种先进的桥梁技术——迭合梁桥梁技术在中国广泛应用的序幕。
      “从那以后,桥新一寸我们争一次”
      “李国豪老校长为中国桥梁人争到了话语权,随后,跨江跨海的各种大型桥梁没有一座的设计建造权被外国人拿走。”葛耀君介绍,同济人深度参与的桥梁可以去同济图书馆正在举办的展览上看看。除了南浦大桥,还有杨浦大桥、虎门大桥、江阴长江大桥、卢浦大桥、润扬长江大桥、东海大桥、苏通大桥西堠门大桥、港珠澳大桥,这些桥或为斜拉桥,或是悬索桥,或是拱桥、梁式桥,虽然样式各各不同,但它们都姓“中”。

杨浦大桥

江阴长江大桥

       虎门大桥必须得提。虎门大桥是广东十大地标之一,兴建之初,为外白渡桥制造钢构件的英国克利夫兰桥梁公司提出希望参建。李国豪闻讯,写信给当时的叶选平省长,强烈呼吁自主建设这一位于鸦片战争国耻地的大桥:“虎门销烟的国耻地,怎能再让英国人参建桥梁?”几经曲折,1992年10月,这座由中国人自主设计的大桥破土动工,李国豪担任了大桥顾问组组长。虎门大桥的自主成功建设,不仅让中国工程师掌握了建造现代悬索桥的技术,更重要的是验证了孙中山先生:“惟发展之权,操之在我则存,操之在人则亡。”从此,中国工程师牢牢地把握住了中国桥梁的自主建设权。

虎门大桥

        那以后,东海大桥、杭州湾跨海大桥、厦漳跨海大桥、平潭海峡大桥、青岛跨海大桥……一座座跨海大桥蛟龙卧波;大胜关大桥、天兴洲大桥……铁路桥梁如雨后春笋;北盘江大桥、果子沟大桥、坝陵河大桥……大山里的大桥一座赛过一座美,一座座如彩虹直插云端。交通运输部《2018年交通运输行业发展统计公报》显示,长江上在建的跨江大桥总量达到135座。
      “李国豪院士带领的同济桥梁人是当之无愧的中国桥科技主力。”葛耀君说,中国桥梁的数量、建设速度、工程质量、美学追求越来越让人振奋。同济桥梁人的传统就是“桥型出新,我们要去争;桥梁变长一寸,我们要去争十分。我们要做的就是创新探路的研究,就这样,中国桥逐渐走到了世界的前列。”葛耀君介绍。
       “本世纪初,同济人深度参与的超级桥梁一是东海大桥,一是苏通大桥。”桥梁系主任孙利民教授表示,系里的陈艾荣教授担任苏通长江大桥的副总设计师。2008年5月26日,历经8年论证、建设的苏通大桥随着奥运火炬的桥上传递通车试运营。苏通大桥创下了很多第一:斜拉桥主孔跨度1088米,列世界第一;主塔高度306米,列世界第一;最长一根斜拉索长度580米,列世界第一;群桩基础平面尺寸113.75米× 48.1米,列世界第一。很多人看见这座桥,都会被它的修长、高耸所震撼,很少有人会去想这里的江风雨雾的厉害、江水的流速潮差、江底泥沙、江面的繁忙,说该桥是我国建桥史上工程规模最大、综合建设条件最复杂的特大型桥梁工程一点也不为过,但这些难题我们在6年里都一一解决了,大家看到的都是现在大桥的宏伟和优雅。

东海大桥

苏通大桥

      2006年底,经过四年多的奋力拼搏,所有的课题都已按工作大纲的要求,按时、按项,高质量地完成研究工作,全部课题都顺利地通过了专家严格的评审,其中一些非常重大课题的专家鉴定结论为“总体达到国际先进水平,部分达到国际领先”。
      许多新技术、新工艺在同济桥梁人手里诞生
      2016年,我校葛耀君教授团队的“大跨度桥梁结构和行车抗风安全的气动控制技术”获得参会高校所获的唯一大会金奖。“桥梁创新永远在路上,同济人不敢懈怠。”获奖后的葛耀君告诉记者,我国的高速公路里程已超过13万公里、高速铁路也已超2万公里,均居世界第一;与此相适应的是公路桥梁超过80万座,2万余公里高铁线路上桥梁部分超过一半。
      葛耀君说,桥梁跨度一大,就面临着三大难关:一是可导致桥梁结构毁坏的“颤振失稳”,二是危及行车安全的“涡激共振”,三是“侧向大风”影响行车安全。什么叫颤振?心电图很多人都做过,那样的上下颤动的弧线就是颤振。专业上的解释是弹性结构在均匀气流中由于受到空气动力、弹性力和惯性力的耦合作用,发生振幅发散性的自激振动,抖、颤并呈水波纹状连续前行,持续一段时间,飞机就会解体,桥梁就会断裂,后果不堪设想;涡激共振,顾名思义就是风过来了,经过了一个非直线的物体,风开始打转,形成漩涡,这个漩涡一大,就会激发桥梁振动“你说这时恰巧走上桥面的车危险不危险?”。
      针对这些难题,葛耀君团队经过十余年的研究,成功研发出包括控制桥梁“颤振”的“检修轨道结构、分体箱梁结构和稳定板结构”3项技术,控制桥梁“涡振”的“竖直风障结构、建筑膜结构和导流板结构”3项技术,加上控制桥面“侧向大风”的竖直和水平姿态可变的活动风障技术,这7项气动控制技术成功解决了我国近年来5座最具抗风挑战性大跨度桥梁的抗风安全技术难题。
       “西堠门大桥是应用七项技术中最多的桥梁。”葛耀君说。西堠门大桥是连接舟山本岛与宁波的五座跨海大桥中技术要求最高的特大型跨海桥梁。按照设计,主桥为两跨连续钢箱梁悬索桥,主跨1650 米。设计通航等级3 万吨,使用年限100 年。关键是,西堠门大桥位于受台风影响频繁的海域,桥位所在地水文、地质、气候条件复杂,“形象地说,此桥所在位置是‘风喉’区,风到这里被勒了一下。”葛耀君介绍,一般气象预报的12 级台风,风速就是36米/ 秒,但这里百年一遇极端风速41.12米/秒,达到14 级。浙江人还要求路通,桥就得通。面临的问题是:双向四车道(桥宽不到30 米)、悬索长度 1650 米的大桥悬在50 余米高的海峡半空,狂风中会是怎样一幅情景?“如果做不好抗风设计,就会像一挽孤零零的秋千,在狂风中飘来荡去。”

西堠门大桥

       2005 年后的那些日子里,葛耀君带领的团队天天泡在风洞试验室,加风嘴、导流板,加……能不能把桥分开?一个大胆的想法蹦出来。经过反复试验、改进、完善,最后,课题组将桥面分开的宽度定格在6 米,“也就是说,在双向四车道的桥中间,留出的空隙差不多是两条车道的宽度。问题解决了,桥也好看了。”葛耀君说,团队采用的分体式钢箱梁设计,也被称为第三代钢箱梁,西堠门大桥是全世界第一座采用分体式钢箱梁进行抗风的。后来,分体箱梁结构广为流传:韩国主跨1545 米的李舜臣大桥采用了分体钢箱梁,丹麦一座跨海大桥也打算采用这一技术。此项成果先后获得上海市科技进步奖一等奖、2015年国家技术发明奖二等奖。“成果奠定了大跨度桥梁颤振、涡振和侧风等控制的技术基础,市场需求度高,具有广泛推广应用价值和国际竞争优势。”评审专家说。
      汶川地震让许多桥梁瞬时垮塌,但采用范立础团队抗震技术成果的四川雅泸高速公路上30余座桥梁全都完好无损。原来,1976年的唐山大地震,开启了同济大学的抗震研究。时任同济大学校长的李国豪院士布置自己的学生范立础研究桥梁抗震技术。30多年里,范立础提出了基于寿命期与性能的大跨桥梁抗震设计方法,用尽可能少的投入,实现桥梁大震不倒、中震可修、小震不坏,突破了如何经济合理地保证大桥抗震安全性的关键技术难题。2010年,“大跨高墩桥梁抗震设计关键技术”获得国家科技进步一等奖,成果写进国家行业标准《公路桥梁抗震设计细则》中,成为桥梁建设的国家标准。
      新世纪以来,同济的抗风抗震研究和实验条件越来越好,不少已经独步世界。“党的第十九大,习近平总书记发出建设‘科技强国’和‘交通强国’的号召,我们桥梁人在新时代应该要有新作为,为将我国建设成为‘交通强国’,特别是‘桥梁强国’作出我们应有的贡献。”葛耀君说。

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