《湖南日报》战胜洞庭湖大桥“风雨振”的人

爱吃泡面

文：谭毅挺 胡宇芬 李璀  来源：湖南日报  

8级大风连续20多个小时摇撼着岳阳洞庭湖大桥，上百根碗口粗的钢丝拉索上下大幅度地晃动，整个桥身在颤抖，靠近拉索的路灯被打碎。这是记者12月7日看到的2001年4月10日的录像。而今，这座大桥不再颤抖了。战胜洞庭湖大桥“风雨振”的人，就是湖南大学研究院副院长、土木工程学院博士生导师陈政清教授。

　　与风抗争

　　横跨东洞庭湖区的洞庭湖大桥，全长5747．8米，主桥长880米，是我国第一座三塔斜拉桥。斜拉桥是靠拉索支撑的桥梁，用这种办法拉起桥面的还有它的“亲兄弟”悬索桥，这两种建桥法从上世纪三四十年代兴起后，人类建桥的跨度实现了一个又一个突破。但这种属于柔性结构的桥梁，在强风之下很容易发生颤抖，出现各种“风振”现象，轻则桥面晃动，影响交通；重则被风刮倒，桥毁人亡。世界各地先后被大风吹垮的大桥已达11座。1940年美国塔科马海湾跨海大桥被风刮倒的场景，曾被电影摄影师真实地记录下来：桥面像纸片一样被吹起，又像油条一样扭曲在一起，坍塌入海中。

　　我国第一座主桥跨度达400米的武汉长江二桥开始设计时，已从西安交大获得博士学位的陈政清就是研究大桥结构的“台柱子”。通过参加这次设计，他成为国际学术界最早建立悬索桥和斜拉桥三维有限元非线性计算理论的两位学者之一，论文在荷兰的国际学术刊物《计算机与结构》和我国的《土木工程学报》上发表，该理论已成为我国大桥结构非线性分析的经典。1991年至1992年，他在英国留学时，创立了计算机预测风力导致桥梁颤振的临界风速的方法。国际风工程领域公认的权威、美国斯坎龙教授，专门在美国土木工程学会的《结构工程学报》上撰文，予以高度评价。这一理论在我国主桥长888米的虎门跨海大桥和主桥长1380米的江阴长江大桥等大桥设计中得到应用，成功地抗击了包括台风在内的各种大风的袭击。

　　风雨无阻

　　岳阳洞庭湖大桥拉索出现的“风雨振”，是各种拉索“风振”中破坏力最为严重的一种。这座大桥是1997年开始设计的，陈政清负责大桥结构静动力特性研究。已是我国著名桥梁专家的陈政清，敏锐地考虑到岳阳是风雨区，桥建成后可能会碰上“风雨振”。这种“振”的特点是大风作用下雨水在拉索上形成了“上雨线”，大大增强了振动的强度，造成大雨与大风共同“搞破坏”。与“颤振”、“抖振”、“涡振”等科学界已掌握其产生原因的大桥“风振”相比，这种“风振”是全新的类型，1986年才由日本专家首次报道出来。它到底是怎样形成的？是世界各国专家至今都没有解开的谜。有人认为风力强是主要原因，陈政清认为说服力不强，湘南某地的风力比长沙的小一些，那里的斜拉桥出现了“风雨振”，而长沙湘江二桥却从没有这个现象。因此，洞庭湖建桥会不会出现“风雨振”，陈政清无法准确判断，但他坚持未雨绸缪，在设计中为一旦出现“风雨振”留下了空间，随时准备为大桥拉索配备能大大减少振动的油阻尼器。

　　让陈政清始料不及的是，当洞庭湖大桥真的出现了“风雨振”的时候，却传来了坏消息：国内某著名大桥上采用油阻尼器解决“风雨振”的试验，没有获得成功。也就是说，要解决洞庭湖大桥的“风雨振”，必须另找方法。陈政清经过反复思考，决定用磁流变阻尼器取代油阻尼器。这种阻尼器是高级赛车的减振设备，可以极大地减轻高速行驶中的车辆振动。然而，磁流变阻尼器只能在受压状态下起作用，抗力的方向与大桥需要刚刚相反，怎样才能将它用在大桥上？

　　为了解决这个大难题，陈政清时而泡在实验室，时而驱车到大桥现场考察。有次，他冒着风雨翻越栏杆去观察情况，用力过猛扭伤了踝关节，但他不顾伤痛继续坚持在一线搞调查……

　　雨过天晴

　　陈政清想了一个又一个改变磁流变阻尼器着力方向的方案，又将这些方案一个个否定。十几天下来，人都瘦了一圈。2001年11月的一个晚上，他苦苦思索很晚才入睡。一觉醒来，猛然“看见”头上有个“三维设计图”，这不就是他日思夜想的理想设备吗？他兴奋地一下坐起来，对磁流变阻尼器改造的最佳方案，就在这一瞬间闪现了。这种手电筒大小的全新设备被连在每根拉索的下端，洞庭湖大桥的“颤抖病”顿时痊愈。这项成功整治“风雨振”的成果，立即获得世界同行的赞誉，美国权威刊物《土木工程》杂志称其为“世界上第一套应用磁流变技术的拉索减振系统”。2003年，包括陈政清教授这项成果在内的洞庭湖大桥的设计，获得全国科技进步二等奖。

　　战胜洞庭湖大桥“风雨振”之后，陈政清冷静地考虑了一个问题：在桥梁的建设中，大风很可能还会给我们提出各种意想不到的难题，要迎接更大的挑战，就应该拥有更好的实验手段。近两年来，他四处奔波，精心设计，终于在今年10月建成了达到国内一流水平的湖南大学风洞实验室。这个有两项技术指标达“国内之最”的实验室，可以用各种“人造狂风”冲击大桥模型和重要部件，能为大桥设计提供准确数据。他高兴地说：“‘工欲善其事，必先利其器’，有了这样好的实验室，我们大桥设计的抗风水平可以更上一层楼了。”