近年來(lái)，湖南大學(xué)在橋梁工程領(lǐng)域取得了重大的技術(shù)創(chuàng )新和貢獻，涉及柔性橋梁風(fēng)致振動(dòng)理論與控制技術(shù)、新型電渦流阻尼減振技術(shù)以及UHPC高性能橋梁結構新體系三大方面的創(chuàng )新。這些創(chuàng )新不僅引領(lǐng)了行業(yè)技術(shù)發(fā)展，還在多個(gè)國內外重大工程中得到成功應用，取得了一系列的國內外獎項與認可。
聚焦懸索橋渦振問(wèn)題
讓?xiě)宜鳂?ldquo;淡定”
世界上沒(méi)有絕對的剛體，看似堅不可摧的鋼筋混凝土大橋，同樣會(huì )產(chǎn)生形變和振動(dòng)。橋梁的顫振及渦振是大跨度橋梁抗風(fēng)中最為重要的兩個(gè)問(wèn)題。
如何讓?xiě)宜鳂?ldquo;淡定”?湖南大學(xué)在橋梁顫振、懸索橋渦振等抗風(fēng)理論與技術(shù)方面有多項創(chuàng )新成果，解決了多種風(fēng)振病害問(wèn)題，其中吊桿大攻角顫振理論填補了國際空白，懸索橋的多階渦振理論與應用位于國際領(lǐng)先水平。
1992年在國際上提出了三維顫振分析的多模態(tài)單參數自動(dòng)搜索法，開(kāi)發(fā)了能精確識別全部顫振導數的全數控三自由度強迫振動(dòng)試驗系統，解決了大跨度橋梁顫振臨界風(fēng)速穩定、快速和準確計算的難題;其中相應核心技術(shù)被同濟大學(xué)引進(jìn)應用。2006年進(jìn)一步在A(yíng)NSYS商業(yè)軟件中開(kāi)發(fā)了三維顫振分析模塊，徹底解決了顫振分析通用性問(wèn)題，已被國內外同行廣泛應用;2008年建立了拱橋剛性吊桿大攻角風(fēng)致顫振理論，填補了結構抗風(fēng)設計的一個(gè)空白。國際同行評價(jià)成果“代表了拱橋吊桿抗風(fēng)研究的最新水平”。
自2010年始，湖南大學(xué)聚焦懸索橋渦振問(wèn)題，在橋梁渦振，特別是在懸索橋多階渦振方面取得了世界領(lǐng)先的成果，系統創(chuàng )建了懸索橋多階渦振理論體系和減振技術(shù)：在國際上首次提出了多點(diǎn)彈性支撐連續梁氣彈模型，揭示了懸索橋多階模態(tài)渦振的響應特征，提出了基于行車(chē)視距的渦振振幅容許限值確定方法，形成了系統的懸索橋多階渦振的抗風(fēng)設計理論體系;研發(fā)了塔梁阻尼器直接減振系統，有效解決了在役懸索橋多階渦振控制的難題，并成功應用于武漢鸚鵡洲長(cháng)江大橋渦振治理工程。成果納入我國橋梁抗風(fēng)規范，被國際知名學(xué)者評價(jià)為“渦振研究的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展”，并用于土耳其三橋等橋梁的多階渦振研究。
虎門(mén)大橋、江陰長(cháng)江大橋、蘇通長(cháng)江大橋、矮寨大橋、舟山西堠門(mén)大橋、杭瑞高速洞庭湖大橋……湖南大學(xué)相關(guān)成果等我國一批重大橋梁工程中得到成功應用，并獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎3項，教育部自然科學(xué)獎二等獎2項，教育部技術(shù)發(fā)明獎二等獎1項，湖南省技術(shù)發(fā)明獎一等獎1項，湖南省科技進(jìn)步獎一等獎3項，對我國橋梁風(fēng)工程研究由技術(shù)引進(jìn)到逐步超越做出了重要貢獻。
用電渦流阻尼技術(shù)
“穩”住一座座橋
早在21世紀初時(shí)，我國大跨橋梁減振領(lǐng)域研究尚處于起步階段，早期修建的幾座跨長(cháng)江大橋都不同程度受到振動(dòng)問(wèn)題困擾，國內公司沒(méi)有相應的大型阻尼器設計、制造能力，所有產(chǎn)品只能依賴(lài)德國和美國公司進(jìn)口。然而，這些國外進(jìn)口的大型油壓阻尼器在使用3至5年后，往往因機械摩擦而漏油失效，不僅需要耗費大量資金維修與更換，也對重大基礎設施的安全構成威脅。
“油阻尼器是從國外引進(jìn)的技術(shù)，在抑制橋梁振動(dòng)方面遇到了實(shí)質(zhì)性困難。我們應抓住契機，開(kāi)發(fā)出具有完全自主知識產(chǎn)權的新技術(shù)，讓中國人在工程結構減振領(lǐng)域做出一項新貢獻。”瞄準這一實(shí)際工程急需解決的重大問(wèn)題，湖南大學(xué)陳政清帶領(lǐng)團隊開(kāi)始了“攻堅之路”，通過(guò)系統深入研究，成功地將永磁電渦流阻尼用于大型結構的減振和緩沖。
他們研發(fā)了一系列的電渦流阻尼技術(shù)，包括板式電渦流阻尼單元，以及大行程、低頻和微型等多種電渦流調諧質(zhì)量減振裝置，以滿(mǎn)足不同行業(yè)和性能需求。
團隊共研發(fā)出3大類(lèi)12種系列的電渦流阻尼器產(chǎn)品，廣泛應用于國內外大型工程項目，并逐漸替代了國外進(jìn)口的高端油阻尼器。他們孵化了國內第一家電渦流阻尼技術(shù)的國家高新技術(shù)企業(yè)。電渦流阻尼減振(震)技術(shù)已在江陰長(cháng)江大橋、蘇通長(cháng)江大橋和摩洛哥Noor Ⅲ太陽(yáng)能集熱塔等國內外重大工程中成功應用，近3年可統計的直接經(jīng)濟效益超4億元，獲得2020年湖南省技術(shù)發(fā)明一等獎和2014年教育部技術(shù)發(fā)明二等獎。
以“時(shí)髦”高性能技術(shù)
為大橋“治病”
一座座大橋連接著(zhù)祖國的大江南北，為促進(jìn)我國交通網(wǎng)絡(luò )完善和經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展發(fā)揮重要作用。
然而，進(jìn)入2000年之后，大跨徑橋梁鋼橋面病害問(wèn)題頻發(fā)。比如，鋼橋面板易疲勞開(kāi)裂，通常不到10年便出現疲勞裂縫;鋼橋面瀝青鋪裝極易破損，需頻繁維修，導致橋面鋪裝翻修成本飆升。
湖南大學(xué)的研發(fā)團隊針對此問(wèn)題，通過(guò)多年攻關(guān)和工程實(shí)踐，采用超高性能混凝土(UHPC)等材料，研發(fā)了以鋼-UHPC輕型組合橋面結構、鋼-UHPC矮肋板組合梁、單向預應力薄壁UHPC箱梁、裝配式UHPC橋梁等為代表的原創(chuàng )性高性能橋梁結構新體系，解決了關(guān)鍵性技術(shù)難題。
超高性能混凝土(UHPC)是一種超高韌性、超長(cháng)耐久性的水泥基復合材料，有望解決橋面開(kāi)裂、能耗巨大、壽命不長(cháng)等橋梁病害難題。這對新橋來(lái)說(shuō)是病害“疫苗”，對舊橋來(lái)說(shuō)則是治愈“良藥”。
他們首次提出了鋼-薄層超高韌性混凝土(STC)輕型組合橋面結構，大幅提高了橋面的局部抗彎剛度，有效降低了疲勞開(kāi)裂風(fēng)險，將鋼橋面瀝青鋪裝轉化為經(jīng)濟的混凝土橋面鋪裝。此技術(shù)已成功應用于多個(gè)國內外大跨度鋼橋項目，取得了顯著(zhù)的社會(huì )經(jīng)濟效益。
湖南大學(xué)還自主開(kāi)發(fā)了鋼橋面專(zhuān)用的STC材料，建立了智能化施工裝備，大大提高了施工效率。他們進(jìn)行了千余個(gè)模型試驗，為輕型組合橋面結構的設計與計算提供了理論和方法支持。
這些創(chuàng )新的橋梁結構新體系已廣泛應用于滬蘇通長(cháng)江大橋、杭瑞洞庭大橋、武漢君山長(cháng)江大橋、宜昌長(cháng)江大橋、中馬友誼大橋、越南河內升龍大橋等國內外100余座國內外大橋工程，取得了巨大的經(jīng)濟效益，全壽命成本節約達160億元。研發(fā)成果獲2017年教育部技術(shù)發(fā)明一等獎、中國公路學(xué)會(huì )一等獎，入選交通運輸部重大科技創(chuàng )新成果庫?！?余 蓉)
