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现代预应力关键技术创新打下“东大烙印”

  跨度很长的大桥如何控制变形?重大土木工程怎样才能节约材料?建房子也能像搭积木一样简单?1月9日,东南大学吕志涛院士领衔的“现代预应力混凝土结构关键技术创新与应用”项目获得国家科技进步一等奖,这也是江苏省获得的唯一的一等奖。

  什么是预应力?“几片木板制成的桶容易漏水,但假如外面用铁箍形成一个加固的力,就能使得木片紧紧匝到一起,这个铁箍的功能就相当于是预应力。”该项目团队研究人员、东南大学土木学院教授冯健举了一个形象的例子。

  东南大学土木工程学院院长吴刚介绍,由于混凝土材料的抗拉强度只有抗压强度的1/10左右,因此普通混凝土材料在拉伸至20—30米就达到了极限,跨度30米以上的混凝土桥梁不采用预应力技术就无法建造。而施加了预应力技术,不仅可以使跨径提升至200到300米,还可节约建筑钢材和混凝土用量的20%至30%,显著减少碳排放量,满足资源节约和环境保护等国家战略需求。

  自从上世纪初,预应力技术显著加快了人类建设特大土木工程的脚步,特别是1956年我国引入预应力后,我国的预应力技术也在大踏步的前进。自上世纪90年代以来,我国工程建设规模举世瞩目,大跨、超长、重载与特种结构以及核电、磁悬浮等高新技术工程,对现代预应力技术提出了前所未有的挑战。吕志涛院士领衔的“现代预应力混凝土结构关键技术创新与应用”研究,在预应力结构理论、病害控制、抗震减灾、核电安全等领域取得了突破。

  提起世界第二大跨径的斜拉桥苏通长江大桥众所周知,但知道苏通大桥辅航道桥的人却并不多。实际上,该桥主跨268m,是国内第二大跨、世界第五大跨连续刚构,其设计建造难度不亚于苏通大桥主桥。

  2002年,苏通大桥辅航道桥的建设单位和设计单位找到吕志涛团队,希望他们提供设计方案,这给团队一个极大的挑战。因为像苏通大桥辅航道桥这样的预应力混凝土钢架桥,材料的开裂、下挠是世界级难题。1996年,作为同类桥梁的帕劳共和国K-B桥就由于主跨长期下挠、开裂而轰然倒塌。

  吕院士带领团队课题组研究,着重解决由于材料长期收缩变化导致高强混凝土开裂问题,创造性地提出了材料、构件、结构三层次实验方法,并在江苏仪征建立了大型实验基地。

  在实验中,团队成员将荷载持续加到结构上,每天通过仪器观察其细小变化,这种变化一年还不足10公分,一天的最大变化值也不到0.1毫米。经过960个日夜的细心观测,吕院士团队创新提出了“合理成桥状态的设计方法”,并最终定下方案。

  苏通大桥辅航道桥自2008年通车至今,桥梁没有明显裂缝,变形只有同类桥梁的1/3。相关创新技术在国内外同类新建大跨PC梁桥中得到推广应用,仅主跨超过150m的就多达20余座,如塞尔维亚泽蒙大桥、贵州北盘江特大桥等。

  世界第五代体育建筑的代表、2008年前中国最大的体育场—南京奥体中心在设计、建造过程中,也凝结着吕院士团队的智慧。南京奥体中心一场四馆,包括一个巨大的、外围轴达1350米的超大面积的环形平台。吕院士团队通过预应力的技术很好地解决了建筑方要求的不设缝问题。如今近十年过去,平台不开裂、不渗漏,依然状态良好。

  吕志涛院士说,此次项目之所以获奖,关键是实现了多项技术突破以及成果转化。

  据统计,该获奖项目的成果直接应用于日本、捷克、加拿大等20多个国家的一百多项重大工程,创造了20余项全国或世界纪录,近三年直接经济效益41亿元。例如人们熟知的国家体育馆看台(超大PC工程)、国家游泳中心“水立方”(大面积顶板)、上海浦东国际机场航站楼等建筑结构,都直接或间接地运用了团队所研发的技术,这些研究成果总体达到国际领先水平。

  国内土木工程界把吕志涛院士誉为中国的“预应力大师”。他不仅首创了多个理论方法、开发了系列关键技术和产品、打破了国际垄断,还培养出一支中国预应力技术“梦之队”。

  此次获奖项目中,以东南大学为牵头,共有15位完成人、8家完成单位。但其实背后都有很深的东大“烙印”:15个项目完成人中有12人是东大的毕业生或老师,大部分也是吕院士教过或指导过的学生。可谓箕裘不坠,薪火相传。

  吕志涛院士团队的项目成果还构建了以13部国家标准为支撑的我国预应力混凝土结构标准体系,同时攻克了大跨、超长、重载结构裂缝与变形控制中关键难题,也因整体性好、无裂纹等优势突破了预应力混凝土结构在地震区应用的技术瓶颈等。另类年报:非标“藏刀”香港最快报码开奖现场直播