當(dāng)前位置：來源：科技日報 記者：張曄 時間：2015-01-17
跨度很長的大橋如何控制變形？重大土木工程怎樣才能節(jié)約材料？建房子也能像搭積木一樣簡單？1月9日，東南大學(xué)呂志濤院士領(lǐng)銜的“現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用”項(xiàng)目獲得國家科技進(jìn)步一等獎，這也是江蘇省獲得的唯一的一等獎。
什么是預(yù)應(yīng)力？“幾片木板制成的桶容易漏水，但假如外面用鐵箍形成一個加固的力，就能使得木片緊緊匝到一起，這個鐵箍的功能就相當(dāng)于是‘預(yù)應(yīng)力’?！痹擁?xiàng)目團(tuán)隊研究人員、東南大學(xué)土木學(xué)院教授馮健舉了一個形象的例子。
東南大學(xué)土木工程學(xué)院院長吳剛介紹，由于混凝土材料的抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/10左右，因此普通混凝土材料在拉伸至20—30米就達(dá)到了極限，跨度30米以上的混凝土橋梁不采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)就無法建造。而施加了預(yù)應(yīng)力技術(shù)，不僅可以使跨徑提升至200到300米，還可節(jié)約建筑鋼材和混凝土用量的20%至30%，顯著減少碳排放量，滿足資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)等國家戰(zhàn)略需求。
自從上世紀(jì)初，預(yù)應(yīng)力技術(shù)顯著加快了人類建設(shè)特大土木工程的腳步，特別是1956年我國引入預(yù)應(yīng)力后，我國的預(yù)應(yīng)力技術(shù)也在大踏步的前進(jìn)。自上世紀(jì)90年代以來，我國工程建設(shè)規(guī)模舉世矚目，大跨、超長、重載與特種結(jié)構(gòu)以及核電、磁懸浮等高新技術(shù)工程，對現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力技術(shù)提出了前所未有的挑戰(zhàn)。呂志濤院士領(lǐng)銜的“現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用”研究，在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)理論、病害控制、抗震減災(zāi)、核電安全等領(lǐng)域取得了突破。
提起世界第二大跨徑的斜拉橋蘇通長江大橋眾所周知，但知道蘇通大橋輔航道橋的人卻并不多。實(shí)際上，該橋主跨268m,是國內(nèi)第二大跨、世界第五大跨連續(xù)剛構(gòu)，其設(shè)計建造難度不亞于蘇通大橋主橋。
2002年，蘇通大橋輔航道橋的建設(shè)單位和設(shè)計單位找到呂志濤團(tuán)隊，希望他們提供設(shè)計方案，這給團(tuán)隊一個極大的挑戰(zhàn)。因?yàn)橄裉K通大橋輔航道橋這樣的預(yù)應(yīng)力混凝土鋼架橋，材料的開裂、下?lián)鲜鞘澜缂夒y題。1996年，作為同類橋梁的帕勞共和國K-B橋就由于主跨長期下?lián)?、開裂而轟然倒塌。
呂院士帶領(lǐng)團(tuán)隊課題組研究，著重解決由于材料長期收縮變化導(dǎo)致高強(qiáng)混凝土開裂問題，創(chuàng)造性地提出了材料、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)三層次實(shí)驗(yàn)方法，并在江蘇儀征建立了大型實(shí)驗(yàn)基地。
在實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊成員將荷載持續(xù)加到結(jié)構(gòu)上，每天通過儀器觀察其細(xì)小變化，這種變化一年還不足10公分，一天的最大變化值也不到0.1毫米。經(jīng)過960個日夜的細(xì)心觀測，呂院士團(tuán)隊創(chuàng)新提出了“合理成橋狀態(tài)的設(shè)計方法”，并最終定下方案。
蘇通大橋輔航道橋自2008年通車至今，橋梁沒有明顯裂縫，變形只有同類橋梁的1/3.相關(guān)創(chuàng)新技術(shù)在國內(nèi)外同類新建大跨PC梁橋中得到推廣應(yīng)用，僅主跨超過150m的就多達(dá)20余座，如塞爾維亞澤蒙大橋、貴州北盤江特大橋等。
世界第五代體育建筑的代表、2008年前中國最大的體育場——南京奧體中心在設(shè)計、建造過程中，也凝結(jié)著呂院士團(tuán)隊的智慧。南京奧體中心一場四館，包括一個巨大的、外圍軸達(dá)1350米的超大面積的環(huán)形平臺。呂院士團(tuán)隊通過預(yù)應(yīng)力的技術(shù)很好地解決了建筑方要求的不設(shè)縫問題。如今近十年過去，平臺不開裂、不滲漏，依然狀態(tài)良好。
呂志濤院士說，此次項(xiàng)目之所以獲獎，關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)技術(shù)突破以及成果轉(zhuǎn)化。
據(jù)統(tǒng)計，該獲獎項(xiàng)目的成果直接應(yīng)用于日本、捷克、加拿大等20多個國家的一百多項(xiàng)重大工程，創(chuàng)造了20余項(xiàng)全國或世界紀(jì)錄，近三年直接經(jīng)濟(jì)效益41億元。例如人們熟知的國家體育館看臺（超大PC工程）、國家游泳中心“水立方”（大面積頂板）、上海浦東國際機(jī)場航站樓等建筑結(jié)構(gòu)，都直接或間接地運(yùn)用了團(tuán)隊所研發(fā)的技術(shù)，這些研究成果總體達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
國內(nèi)土木工程界把呂志濤院士譽(yù)為中國的“預(yù)應(yīng)力大師”。他不僅首創(chuàng)了多個理論方法、開發(fā)了系列關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品、打破了國際壟斷，還培養(yǎng)出一支中國預(yù)應(yīng)力技術(shù)“夢之隊”。
此次獲獎項(xiàng)目中，以東南大學(xué)為牽頭，共有15位完成人、8家完成單位。但其實(shí)背后都有很深的東大“烙印”：15個項(xiàng)目完成人中有12人是東大的畢業(yè)生或老師，大部分也是呂院士教過或指導(dǎo)過的學(xué)生?？芍^箕裘不墜，薪火相傳。
呂志濤院士團(tuán)隊的項(xiàng)目成果還構(gòu)建了以13部國家標(biāo)準(zhǔn)為支撐的我國預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)體系，同時攻克了大跨、超長、重載結(jié)構(gòu)裂縫與變形控制中關(guān)鍵難題，也因整體性好、無裂紋等優(yōu)勢突破了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在地震區(qū)應(yīng)用的技術(shù)瓶頸等。
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