當(dāng)前位置：作者：陽錫葉 曾歡歡 來源：中國教育報 發(fā)布時間：2016/2/26
中國工程院院士、湖南大學(xué)土木工程學(xué)院教授陳政清與他開發(fā)的斜拉索用磁流變阻尼減振器
1987年，陳政清獲西安交通大學(xué)博士學(xué)位
陳政清在1000噸的調(diào)諧質(zhì)量減振器安裝現(xiàn)場
陳政清在美國實驗室工作
讓我們把目光瞄準(zhǔn)湖南西北部，著名旅游景區(qū)，張家界。日前，一座世界最高、最長的玻璃橋在張家界大峽谷上合龍，目前正在鋪設(shè)玻璃，不久之后將向游客開放。張家界大峽谷玻璃橋主跨430米、橋面長375米、寬6米、橋面距谷底相對高度約300米，是架在絕壁峽谷之間的異型人行橋。大跨度人行橋的動力設(shè)計比車行橋的設(shè)計難度大，特別是在有效科學(xué)解決抗風(fēng)、人致振動方面是一項世界性的技術(shù)難題。
新晉中國工程院院士、湖南大學(xué)風(fēng)工程試驗中心主任陳政清教授正是解決這座大橋抗振、抗風(fēng)難題的主要負(fù)責(zé)人。在這一工程中，他的抗風(fēng)和消除人致振動等研究成果得到科學(xué)運用，使這座大橋能抵抗17級風(fēng)和保證游客安全行走。
實際上，在國內(nèi)許多著名的橋梁中，比如我國第一座懸索橋汕頭海灣大橋、第一座三塔懸索橋泰州長江大橋、最大跨度斜拉橋蘇通長江大橋、創(chuàng)下四個世界第一的湘西矮寨大橋、橫跨洞庭湖的洞庭湖大橋等等，都可以看到陳政清的身影。目前，陳政清是我國兩位研究橋梁抗風(fēng)抗震的工程院院士之一。他在國內(nèi)率先獨立完成了柔性結(jié)構(gòu)三維大變形理論并開發(fā)出設(shè)計程序，在國內(nèi)第一個建立了完整的三維顫振理論體系，發(fā)明了永磁式磁流變減振技術(shù)和電渦流減振技術(shù)，這些成果被評價為“對我國橋梁技術(shù)趕超世界先進水平有直接貢獻”。
讓人意外的是，陳政清并不是橋梁工程專業(yè)出身，他從本科到博士學(xué)的都是力學(xué)。而當(dāng)年，他還是一位鄉(xiāng)村教師，30歲才走進大學(xué)。這位68歲才評上院士、曾被譽為“殺入橋梁界的‘黑馬’”的大家，究竟有著怎樣的人生呢？
從鄉(xiāng)村教師隊伍走出來的力學(xué)博士
1947年，陳政清出生在湖南省湘潭市一個商店職員家庭，良好的家庭環(huán)境給了他良好的修養(yǎng)和家庭教育。從小學(xué)到高中，他一直品學(xué)兼優(yōu)。然而，像當(dāng)年許多青年一樣，陳政清未能在時代面前有所例外。1968年，在湘潭市一中讀完高中的他，被下放到了位于岳陽市的錢糧湖農(nóng)場做知青。
做了“農(nóng)民”，陳政清不怨天尤人，一如既往地勤奮，迅速掌握了生產(chǎn)要領(lǐng)，把能干的農(nóng)活都學(xué)會了。除草、犁田、插秧，他樣樣都行，干起活來不知疲倦。“那時候，我也不知道一畝田有多大，后來一量，居然一天犁了五畝地?！标愓逍χ貞浾f。在農(nóng)場里，陳政清經(jīng)歷了人生一場大難。1970年，他不幸患上了血吸蟲病，許多人在這種病上倒下了，但他竟然痊愈了。但因為這場大病，陳政清失去了被推薦成為工農(nóng)兵大學(xué)生的寶貴機會。
盡管遭遇種種艱難，陳政清始終保持坦然而堅定的心?！拔覜]有遭遇什么坎坷的路，只有漫長的路。我耐性比較好，能持之以恒，比較愛好學(xué)習(xí)和科研，無論有條件還是沒有條件，都能專心投入學(xué)習(xí)，這樣才能抓住機遇?！彼f。
1971年，陳政清重新當(dāng)回了“知識分子”。當(dāng)時，錢糧湖農(nóng)場下放了1000多名知青，農(nóng)場利用這些知青，在各個分場都辦了一所中學(xué)。陳政清被“提拔”成為一所分場中學(xué)的既非公辦、也非民辦的教師，數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等等都教。
在這段時間里，陳政清利用教書的機會，如饑似渴地閱讀了大量書籍，自學(xué)了高等數(shù)學(xué)、電子理論等大學(xué)課程。
他的最初理想是學(xué)電子專業(yè)，并夢想著有一天能考上大學(xué)。然而，夢想的實現(xiàn)似乎遙遙無期，恢復(fù)高考的政策遲遲沒有曙光，而當(dāng)初同來的許多人已經(jīng)陸陸續(xù)續(xù)回城，陳政清還是在那個偏遠(yuǎn)的小鎮(zhèn)當(dāng)著身份不明的教師。陳政清等了一年又一年，終于有點絕望。不過，即使在最絕望的時候，許多人已經(jīng)放棄，陳政清也沒有放棄學(xué)習(xí)。他自嘲地說：“‘文革’十年，我學(xué)了一個文科大專，因為天天學(xué)馬克思主義嘛！”
1977年的夏天，一個好消息如同春風(fēng)吹過久凍的大地：高考恢復(fù)了。陳政清激動不已，期待已久的機會終于到來了。他十分自信：“我相信經(jīng)過這么多年的準(zhǔn)備，高考絕對沒問題。”
果然，陳政清一舉考上了湖南大學(xué)力學(xué)系，而且數(shù)學(xué)成績是岳陽地區(qū)第一名。那一年，陳政清已經(jīng)30歲了，成了全班年齡最大的同學(xué)，并且已經(jīng)是一個兩歲孩子的父親。
上大學(xué)之后，面對遲來的學(xué)習(xí)機會，陳政清十分珍惜，“‘文革’十年，我唯一吃虧的就是年齡。我這么大年齡了，再也不能耽誤了，咬著牙也要堅持”。特別是英語，陳政清30歲才開始接觸，但他日夜苦學(xué)，大學(xué)期間基本攻克了這一難關(guān)。
在湖南大學(xué)7年，陳政清相繼師從當(dāng)時被譽為國內(nèi)塑性力學(xué)“三巨頭”之一的熊祝華教授和結(jié)構(gòu)力學(xué)的王磊教授，獲得碩士學(xué)位。在那個研究生像大熊貓一樣珍貴的年代，他沒有忙著找工作和賺錢，而是又考上了西安交通大學(xué)固體力學(xué)博士，師從中國工程院院士、清華大學(xué)杜慶華教授和嵇醒教授。
他十分感謝幾位恩師對他的培養(yǎng)。他說：“在湖大期間，我們77級確實享受到了最好的教育。當(dāng)時教我們的都是有名的老師。像熊祝華教授，對我們要求十分嚴(yán)格，但師生感情非常親近。在讀博士期間，杜教授要求很嚴(yán)格，把我功底打得特別扎實，讓我做的課題也是當(dāng)時力學(xué)最前沿的彈塑性大變形的邊界元方法，給我以后研究打下了良好的基礎(chǔ)?！?/P>
值得一提的是，30年過后，當(dāng)聽聞弟子當(dāng)選為中國工程院院士，已經(jīng)90歲的熊祝華對著前來看望的陳政清流下了眼淚，依然像當(dāng)年教書時一樣祝賀他、勉勵他。熊祝華與陳政清的師生情，在湖南大學(xué)是一段佳話。
讀研期間，在湖南大學(xué)王磊教授的介紹下，陳政清還認(rèn)識了地基專家王貽蓀教授和許多土木工程方面的教授。這不但拓寬了他的知識面，更加深了他對土木工程專業(yè)與實踐背景的了解，為他多年后在力學(xué)與橋梁專業(yè)之間找到一個自己的空間奠定了良好基礎(chǔ)。
接觸陳政清的人都感嘆，陳政清對學(xué)習(xí)有著驚人的熱情。博士畢業(yè)時已經(jīng)40歲的他，仍然一有學(xué)習(xí)機會就會抓住不放。1991年，英國有一個面向中國學(xué)生的專項資助項目，陳政清順利地通過了由英方組織的考試，考取了英國文化委員會獎學(xué)金。
在英國做訪問學(xué)者期間，他總是最早一個來到研究所，最后一個離開，連清潔工都跟他熟識了。他告訴記者：“在英國留學(xué)期間，我比其他訪問學(xué)者都勤奮，每天都去研究所，忙完這個忙那個，以至于有人誤會我是那個研究所的員工呢。”
殺入橋梁界的“黑馬”
1987年，陳政清博士畢業(yè)，被分配到長沙鐵道學(xué)院橋梁研究室工作，擔(dān)任橋梁動力學(xué)專家、中國工程院院士曾慶元教授的助手，開始與橋梁結(jié)緣。
橋梁對他來說，是個不熟悉的領(lǐng)域，但是他積極向老師請教，還跟著學(xué)生一起上課，很快就過了橋梁基礎(chǔ)知識這一關(guān)。
我國是一個橋梁大國，早在1400多年前，我國已經(jīng)建造了被譽為“國際土木工程歷史里程碑”的趙州橋。然而，近代以來，我國橋梁建設(shè)方面全面落后。陳政清認(rèn)定，隨著國家經(jīng)濟建設(shè)如火如荼的開展，橋梁必然成為最重要的土木工程之一，特別是橋身長、跨度大的橋梁必將成為下一階段的重點。
上世紀(jì)80年代末，鐵道部大橋局開始設(shè)計中國第一座跨度達(dá)400米的大橋——武漢長江二橋。當(dāng)時該橋的設(shè)計人員只是了解到，這種大橋會有一種非線性效應(yīng)，但如何確定非線性效應(yīng)的影響程度，當(dāng)時國內(nèi)的研究結(jié)果很不一致。
工作人員找到曾慶元。曾慶元一想，我們這里不是剛好來了一個力學(xué)博士嗎？就推薦了陳政清。獲悉這個消息，陳政清敏銳地感覺到自己的機遇來了！因為非線性分析正好是他的博士論文的研究方向。找準(zhǔn)切入點后，陳政清反復(fù)進行理論推導(dǎo)和計算，整整用了一箱子計算紙。
6個月后，他成功了。他清楚地記得，那天是1990年3月8日，計算機室里只剩他一個人在埋頭苦算。當(dāng)終于計算出準(zhǔn)確答案的那一刻，陳政清高興得繞著空曠的實驗室跑了幾圈，享受著成功的喜悅。
成功開發(fā)出適用于懸索橋與斜拉橋的非線性分析計算理論后，陳政清依據(jù)這個理論為武漢長江二橋編成實用計算程序，并為設(shè)計方計算出全橋各部位非線性影響因子，該方法的計算效率比當(dāng)時的通用程序提高50倍以上。國際橋梁風(fēng)工程權(quán)威、美國教授KJ.Bathe專門給陳政清寫了一封信：“你奇跡般地提高了計算效率?！?/P>
一個有意思的小插曲是，成功解決武漢長江二橋的問題后，設(shè)計方給學(xué)校撥了5000元經(jīng)費，后來陸陸續(xù)續(xù)增加到2萬元。陳政清拿到一部分經(jīng)費，高高興興地去買了一臺“386”。有了人生第一臺電腦，他再也不用趴在紙上埋頭苦算了。
在上述研究成果的基礎(chǔ)上，陳政清又獨立編制出我國第一個大跨度橋梁空間靜動力非線性分析程序，解決了我國大跨度橋梁建設(shè)急需空間非線性分析程序的難題，在我國大跨度橋梁建設(shè)史上發(fā)揮了重要作用。他的這套理論與方法得到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛認(rèn)同與高度評價，先后被同濟大學(xué)、鐵道部、云南省設(shè)計院、湖南省交通設(shè)計院等多家單位采用，并用于多座重大橋梁工程的設(shè)計與咨詢，包括我國最大的斜拉橋（蘇通大橋）和懸索橋（西堠門大橋），以及首座三塔懸索橋（泰州大橋），被業(yè)內(nèi)評價為“根本性的改進”。2007年，陳政清獲得國家科技進步二等獎。
把脈橋梁抗風(fēng)的“醫(yī)生”
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國大橋建設(shè)項目越來越多，跨度越來越大，橋梁受到的大風(fēng)挑戰(zhàn)也越來越大?？缍却罅?，橋梁結(jié)構(gòu)剛度就變小，風(fēng)吹過就會有振動。
早在1940年，大風(fēng)曾經(jīng)導(dǎo)致美國塔科馬大橋的倒塌：橋面像紙片一樣被吹起，又像油條一樣扭曲在一起，坍塌入海中。
橋梁抗風(fēng)已經(jīng)成為造橋中最主要的安全問題！
對此問題，我國直到改革開放后才開始系統(tǒng)研究。作為橋梁專家，陳政清深刻認(rèn)識到橋梁抗風(fēng)的重要性，一直致力于橋梁抗風(fēng)研究。在由技術(shù)引進到逐步超越的過程中，陳政清做出了重要貢獻。
在科學(xué)研究上，陳政清善于從問題中發(fā)現(xiàn)科研方向。橋梁抗風(fēng)研究即是如此。1988年，湖南大學(xué)劉光棟教授邀請同濟大學(xué)項海帆教授作橋梁抗風(fēng)的報告，這在當(dāng)時，還是一個比較陌生的課題。
陳政清笑著說：“我坐在那里沒聽懂，我估計也沒幾個人聽懂。但是我了解到很重要的一點，就是跨度大的橋梁，抗風(fēng)的問題就大，而跨度大的橋梁，必然是未來橋梁建設(shè)方向，因此如何抗風(fēng)就成了一個很重要的課題?！?/P>
有了這次經(jīng)歷，陳政清就牢牢記住了一個關(guān)鍵詞：橋梁抗風(fēng)。1991年，陳政清到英國做研究，報的就是橋梁抗風(fēng)這一方向。
英國當(dāng)時在橋梁抗風(fēng)研究上處于國際領(lǐng)先位置。不過，當(dāng)時他們還有一個問題沒有攻克，那就是橋梁因風(fēng)引起的三維顫振分析。當(dāng)時普遍采用的是兩參數(shù)顫振理論求解，只能通過設(shè)計人員一步一步計算得來，因此，也就沒有辦法讓一般設(shè)計人員根據(jù)某種理論或者模式設(shè)計，不能大面積推廣，且計算過程十分繁雜。
怎么找到一個相對簡便的方法？經(jīng)過刻苦研究，陳政清在國際上最先提出了單參數(shù)搜索的思想，創(chuàng)立了預(yù)測橋梁顫振失穩(wěn)臨界風(fēng)速的三維分析方法，大大簡化了搜索過程，而且可實現(xiàn)自動搜索——這好比原來需要在一座城市尋找一個人，現(xiàn)在只需在一條街上搜索一個人。
從線性到非線性、從二維到三維，對于所有工科理論、計算、實驗來講，都是了不起的進步。英國最有名的一座懸索大橋賽文橋，應(yīng)用三維顫振理論得到相關(guān)數(shù)據(jù)，只用了3秒鐘，而當(dāng)初設(shè)計這座橋時，這一過程是一個星期。
這讓導(dǎo)師很是驚訝。陳政清初到英國時，導(dǎo)師做的第一件事是，來，我給你們講講計算機怎么用。顯然，在他眼里，中國來的學(xué)者，水平是很低的，恐怕連計算機都不會使用。
三維顫振理論被廣泛應(yīng)用到大橋建設(shè)當(dāng)中，一般的設(shè)計人員都可以根據(jù)這一理論進行大橋抗風(fēng)設(shè)計，這大大提升了大橋抗風(fēng)水平。我國早期的大橋，比如虎門大橋和江陰大橋，都應(yīng)用了這一理論。
在抗風(fēng)上，陳政清還有許多杰作。著名的湘西矮寨大橋便是其中之一。
矮寨特大懸索橋飛越1000多米的德夯大峽谷，海拔571.1米，如若遇上狂風(fēng)，大橋的穩(wěn)定性和安全性如何？陳政清決定采用“多穩(wěn)定板技術(shù)”來解決矮寨大橋原設(shè)計方案抗風(fēng)性能不足的問題。
為了更好地反映峽谷地貌，確保大橋抗風(fēng)性設(shè)計的穩(wěn)定性與安全性，陳政清帶領(lǐng)團隊把幾公里范圍內(nèi)的峽谷地型全部都做了模型，并且制作了直徑為4米、1:500的橋址地形模型，放置到湖南大學(xué)風(fēng)工程試驗研究中心進行風(fēng)洞實驗。
根據(jù)風(fēng)洞試驗的結(jié)果，陳政清發(fā)現(xiàn)，通過穩(wěn)定板的設(shè)置能夠很好地提高矮寨大橋的抗風(fēng)性和穩(wěn)定性。這些抗風(fēng)穩(wěn)定板既經(jīng)濟，安裝又便利，只需在橋面上、下分別布置縱向的、鋼材質(zhì)的抗風(fēng)穩(wěn)定板即可。如今，矮寨大橋最高能抵抗55米/秒的風(fēng)速，遠(yuǎn)高于初期設(shè)計方案的十二級颶風(fēng)35米/秒的風(fēng)速。
永不停歇的“平民實干家”
“陳老師每隔一段時間，就會有新的想法，科研干勁比我們年輕人都大，有時我們感覺都跟不上他的思想步伐。”陳政清的學(xué)生、湖南大學(xué)橋梁系風(fēng)工程試驗研究中心副主任華旭剛跟隨陳政清學(xué)習(xí)、共事已有17年，在他的印象里，陳政清是一個永不停歇的“平民實干家”。
在陳政清的學(xué)生看來，他們共同的印象除了老師待人和藹可親之外，另外的關(guān)鍵詞就是思維敏捷、科研嚴(yán)謹(jǐn)、永在創(chuàng)新。學(xué)生張弘毅告訴記者這樣一個小故事：一次他起床發(fā)現(xiàn)陳老師發(fā)來的一個短信，是凌晨三點發(fā)的，內(nèi)容是一個減震設(shè)計項目的一些參數(shù)需要改進。
為何干勁這么足？在陳政清自己看來，“搞科研不能功利性太強，必須熱愛科研，不然就會覺得是苦差事”。他還說：“工程科學(xué)研究僅僅有理論是不夠的，我們需要把理論成果應(yīng)用于解決實踐中的問題，把科研成果轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)力?！?/P>
在科研工作中，陳政清一直遵循“問題導(dǎo)向創(chuàng)新，創(chuàng)新實現(xiàn)超越”的原則。同行評價他有兩個突出的特點，其中之一就是每項研究都包括理論—試驗—應(yīng)用的完整過程，能及時解決工程中急待解決的重大難題。
這樣的例子在陳政清科研生涯中數(shù)不勝數(shù)。
全長5747.8米、橫跨東洞庭湖區(qū)的洞庭湖大橋是國內(nèi)第一座三塔斜拉橋。地處風(fēng)雨區(qū)，洞庭湖大橋建成后多次受到大風(fēng)和大雨的共同破壞，發(fā)生拉索“風(fēng)雨振”現(xiàn)象。一旦風(fēng)雨大作，橋梁拉索上便會形成“上雨線”，加劇振動的幅度。2001年4月10 日，8級大風(fēng)連續(xù)20多個小時搖撼著洞庭湖大橋，上百根碗口粗的鋼絲拉索上下大幅度地晃動，整個橋身在顫抖，靠近拉索的路燈都被打碎。
為了解決洞庭湖大橋“風(fēng)雨振”這個大難題，陳政清不僅泡在實驗室做研究，還多次驅(qū)車到大橋現(xiàn)場考察，甚至冒著風(fēng)雨翻越欄桿去觀察情況。經(jīng)過連續(xù)、長期的現(xiàn)場觀測，陳政清獲得了風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等參數(shù)對“風(fēng)雨振”的影響規(guī)律。在不斷的實驗過后，陳政清掌握了拉索“風(fēng)雨振”的振動特征和機理，決定用磁流變阻尼器取代油阻尼器。這種阻尼器原是應(yīng)用在高級賽車中的減振設(shè)備，可以極大地減輕高速行駛中的車輛振動。
然而，當(dāng)時所用的磁流變阻尼器只能在受壓狀態(tài)下起作用，抗力的方向與大橋需要剛好相反，怎樣才能將它用在大橋上？陳政清反復(fù)思考，十幾天下來，人都瘦了一圈。一個晚上，他苦苦思索至深夜才入睡。一覺醒來，他猛然想到了一個三維設(shè)計圖，終于找到了日思夜想的“鑰匙”。
陳政清開發(fā)了磁流變拉索減振系統(tǒng)，并對系統(tǒng)內(nèi)的各個部件進行精心設(shè)計，保證了其有效性和耐久性。這種手電筒大小的特殊構(gòu)件被連在每根拉索的下端，提供了運動的阻力，使得拉索的自由振動衰減，洞庭湖大橋的“顫抖病”頓時痊愈。洞庭湖大橋也成為世界上第一個應(yīng)用磁流變減振的橋梁工程。
這項成功整治“風(fēng)雨振”的成果，被美國權(quán)威刊物《土木工程》雜志稱為“世界上第一套應(yīng)用磁流變技術(shù)的拉索減振系統(tǒng)”。2003年，包括陳政清這項成果在內(nèi)的洞庭湖大橋的設(shè)計，獲得國家科技進步二等獎。
戰(zhàn)勝洞庭湖大橋“風(fēng)雨振”之后，陳政清冷靜地考慮了一個問題：中國橋梁修得太快，創(chuàng)新不夠，技術(shù)上比較相似，包括施工方法等都沒有太多特色。在橋梁的建設(shè)中，大風(fēng)很可能還會給我們提出各種意想不到的難題，要迎接更大的挑戰(zhàn)，就應(yīng)該擁有更好的實驗手段。
他四處奔波，精心設(shè)計，于2004年10月建成了達(dá)到國內(nèi)一流水平的湖南大學(xué)風(fēng)洞實驗室。這個實驗室占地約1800平方米，有兩項技術(shù)指標(biāo)達(dá)國內(nèi)之最，可以用各種人造狂風(fēng)沖擊大橋模型和重要部件，能為大橋設(shè)計提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。
如今，已經(jīng)68歲的陳政清，站在這座大實驗室里，依然雄心勃勃：“今后，我們的風(fēng)工程要逐漸從單一的橋梁方向，轉(zhuǎn)向核電站的冷卻塔、風(fēng)力發(fā)電機、大型輸電塔、房屋抗風(fēng)、環(huán)境中的有害氣體擴散等多個領(lǐng)域。”（原標(biāo)題：陳政清：從鄉(xiāng)村教師到“大橋院士”）
（本版圖片由湖南大學(xué)提供）
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