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張宇峰:現(xiàn)代科技為橋梁安全保駕護(hù)航
2019-12-03  


  2002年,張宇峰從東南大學(xué)博士畢業(yè)進(jìn)入江蘇省交通科學(xué)研究院(蘇交科集團(tuán)股份有限公司),致力于橋梁施工控制、無損檢測、健康監(jiān)測與狀態(tài)評估等科研與技術(shù)工作,并開創(chuàng)了該院施工控制和健康監(jiān)測兩大技術(shù)方向。

  何為施工控制?張宇峰介紹,由于實(shí)際施工現(xiàn)場和理論設(shè)計上的差異,施工監(jiān)控要在現(xiàn)場對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變、變形、索力等進(jìn)行測試,在仿真模型中進(jìn)行計算和分析并不斷修正,使仿真模型接近施工現(xiàn)場的實(shí)際情況,并預(yù)測下一個階段會達(dá)到的狀態(tài),施工單位就可以據(jù)此施工,保證與設(shè)計基本保持一致。張宇峰主持了50多座大橋的施工控制工作,其中最大的斜拉橋主跨450米,最大的懸索橋主跨760米。“如果施工中的監(jiān)測沒做好,就相當(dāng)于這座橋梁‘出生’的時候就是不健康的,使用中會產(chǎn)生一系列問題。”張宇峰打比方說。

  一座橋梁健康“出生”以后,還需要定期對橋梁進(jìn)行檢測,讓檢測工作智能化則一直是張宇峰和團(tuán)隊(duì)努力的方向。斜拉索橋或懸索橋的吊桿里面有沒有銹蝕或斷絲,涉及到橋梁的安全,用“開膛破肚”的方法進(jìn)行檢測,對索體會有損傷;漏磁檢測法則只能分段測,速度慢,設(shè)備重。張宇峰率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與華中科技大學(xué)聯(lián)合開發(fā)出磁致伸縮導(dǎo)波法,通過大量的試驗(yàn),開發(fā)的設(shè)備能達(dá)到單次探測20米時精度到探測1.6%截面損失率的水平,且與漏磁檢測法相比,速度提升了20倍以上。

  對一座橋是否可以安全使用做出評價,除了目視檢查、無損檢測外,目前最終的評價是荷載試驗(yàn)。做荷載試驗(yàn)時要封橋,并按設(shè)計規(guī)范計算橋上最多能上多少輛車,將車分批按照設(shè)計時最不利的位置停放到位,費(fèi)時費(fèi)力,代價高。如2014年江陰大橋進(jìn)行荷載試驗(yàn),動用了56輛重型卡車和上百人,中斷了兩個晚上的交通,卻只能檢測四個工況。張宇峰及團(tuán)隊(duì)通過近10年的努力,提出了準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)法,只需要一輛卡車,沿橋緩速行駛,車上的測試設(shè)備與橋上的裝置同步關(guān)聯(lián),將應(yīng)變或位移影響線標(biāo)出來,分析結(jié)果就可以對整個橋梁狀況做評價,以此再建立虛擬橋梁模型,做虛擬荷載試驗(yàn)。如果在虛擬試驗(yàn)里檢測合格,就可以不用再做實(shí)際的荷載試驗(yàn)。從目前的應(yīng)用成果來看,這種方法讓交通中斷時間從8小時以上縮短為半小時以內(nèi),且試驗(yàn)成本只需傳統(tǒng)荷載試驗(yàn)的二分之一甚至三分之一。

  為了及時準(zhǔn)確地知道橋梁的健康狀態(tài),張宇峰和團(tuán)隊(duì)給橋梁裝上了“神經(jīng)系統(tǒng)”,“這是一套傳感器。”他解釋說。利用這套系統(tǒng)可以及早發(fā)現(xiàn)橋梁一些大的問題,也可以對出現(xiàn)的問題進(jìn)行持續(xù)跟蹤觀測。在此基礎(chǔ)上,張宇峰構(gòu)建了長大橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計、實(shí)施、質(zhì)量檢驗(yàn)評價與維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系;建立了融合多功能的大型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng),首次實(shí)現(xiàn)了對系統(tǒng)自身狀態(tài)評定;建立了纜索體系橋梁完備的安全預(yù)警指標(biāo)體系以及預(yù)警閾值標(biāo)準(zhǔn)。這些成果應(yīng)用于包括13座長江大橋在內(nèi)的70余座大橋,并在特殊事件安全報警及指導(dǎo)科學(xué)養(yǎng)護(hù)維修方面起到了重要作用。相關(guān)成果在2013年獲得了國家科技進(jìn)步二等獎,2017年獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎。目前南京所有跨江大橋都已安裝這套“神經(jīng)系統(tǒng)”。

  張宇峰帶領(lǐng)著團(tuán)隊(duì)還相繼主持了“大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)自身狀態(tài)評估技術(shù)研究”、“西部大型橋隧結(jié)構(gòu)物分布式安全監(jiān)測和災(zāi)變預(yù)警系統(tǒng)的研究與開發(fā)”等30余項(xiàng)重大科研項(xiàng)目;他在2015年組建了國家科技部“在役長大橋梁安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”,2017年所帶團(tuán)隊(duì)榮獲交通運(yùn)輸部“重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”稱號,目前是國際上千米級橋梁健康監(jiān)測業(yè)績最豐富的團(tuán)隊(duì),并以所開發(fā)的廣域結(jié)構(gòu)群物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)為核心,組建了全國第一個區(qū)域橋梁群健康監(jiān)測平臺——江蘇省長大橋梁健康監(jiān)測數(shù)據(jù)中心,大大提升了橋梁群的服役安全與有效管養(yǎng)水平。



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