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陈政清:从乡村教师到“大桥院士”
  2016-04-11 09:36:50  作者:SystemMaster  来源:中国网  浏览量:99705

    让我们把目光瞄准湖南西北部,著名旅游景区,张家界。日前,一座世界最高、最长的玻璃桥在张家界大峡谷上合龙,目前正在铺设玻璃,不久之后将向游客开放。张家界大峡谷玻璃桥主跨430米、桥面长375米、宽6米、桥面距谷底相对高度约300米,是架在绝壁峡谷之间的异型人行桥。大跨度人行桥的动力设计比车行桥的设计难度大,特别是在有效科学解决抗风、人致振动方面是一项世界性的技术难题。

    实际上,在国内许多著名的桥梁中,比如我国第一座悬索桥汕头海湾大桥、第一座三塔悬索桥泰州长江大桥、最大跨度斜拉桥苏通长江大桥、创下四个世界第一的湘西矮寨大桥、横跨洞庭湖的洞庭湖大桥等等,都可以看到陈政清的身影。目前,陈政清是我国两位研究桥梁抗风抗震的工程院院士之一。他在国内率先独立完成了柔性结构三维大变形理论并开发出设计程序,在国内第一个建立了完整的三维颤振理论体系,发明了永磁式磁流变减振技术和电涡流减振技术,这些成果被评价为“对我国桥梁技术赶超世界先进水平有直接贡献”。

    1947年,陈政清出生在湖南省湘潭市一个商店职员家庭,良好的家庭环境给了他良好的修养和家庭教育。从小学到高中,他一直品学兼优。然而,像当年许多青年一样,陈政清未能在时代面前有所例外。1968年,在湘潭市一中读完高中的他,被下放到了位于岳阳市的钱粮湖农场做知青。

    做了“农民”,陈政清不怨天尤人,一如既往地勤奋,迅速掌握了生产要领,把能干的农活都学会了。除草、犁田、插秧,他样样都行,干起活来不知疲倦。“那时候,我也不知道一亩田有多大,后来一量,居然一天犁了五亩地。”陈政清笑着回忆说。在农场里,陈政清经历了人生一场大难。1970年,他不幸患上了血吸虫病,许多人在这种病上倒下了,但他竟然痊愈了。但因为这场大病,陈政清失去了被推荐成为工农兵大学生的宝贵机会。

    他的最初理想是学电子专业,并梦想着有一天能考上大学。然而,梦想的实现似乎遥遥无期,恢复高考的政策迟迟没有曙光,而当初同来的许多人已经陆陆续续回城,陈政清还是在那个偏远的小镇当着身份不明的教师。陈政清等了一年又一年,终于有点绝望。不过,即使在最绝望的时候,许多人已经放弃,陈政清也没有放弃学习。他自嘲地说:“‘文革’十年,我学了一个文科大专,因为天天学马克思主义嘛!”

    在湖南大学7年,陈政清相继师从当时被誉为国内塑性力学“三巨头”之一的熊祝华教授和结构力学的王磊教授,获得硕士学位。在那个研究生像大熊猫一样珍贵的年代,他没有忙着找工作和赚钱,而是又考上了西安交通大学固体力学博士,师从中国工程院院士、清华大学杜庆华教授和嵇醒教授。

    他十分感谢几位恩师对他的培养。他说:“在湖大期间,我们77级确实享受到了最好的教育。当时教我们的都是有名的老师。像熊祝华教授,对我们要求十分严格,但师生感情非常亲近。在读博士期间,杜教授要求很严格,把我功底打得特别扎实,让我做的课题也是当时力学最前沿的弹塑性大变形的边界元方法,给我以后研究打下了良好的基础。”

    我国是一个桥梁大国,早在1400多年前,我国已经建造了被誉为“国际土木工程历史里程碑”的赵州桥。然而,近代以来,我国桥梁建设方面全面落后。陈政清认定,随着国家经济建设如火如荼的开展,桥梁必然成为最重要的土木工程之一,特别是桥身长、跨度大的桥梁必将成为下一阶段的重点。

    成功开发出适用于悬索桥与斜拉桥的非线性分析计算理论后,陈政清依据这个理论为武汉长江二桥编成实用计算程序,并为设计方计算出全桥各部位非线性影响因子,该方法的计算效率比当时的通用程序提高50倍以上。国际桥梁风工程权威、美国教授KJ.Bathe专门给陈政清写了一封信:“你奇迹般地提高了计算效率。”

    在上述研究成果的基础上,陈政清又独立编制出我国第一个大跨度桥梁空间静动力非线性分析程序,解决了我国大跨度桥梁建设急需空间非线性分析程序的难题,在我国大跨度桥梁建设史上发挥了重要作用。他的这套理论与方法得到国内外学者的广泛认同与高度评价,先后被同济大学、铁道部、云南省设计院、湖南省交通设计院等多家单位采用,并用于多座重大桥梁工程的设计与咨询,包括我国最大的斜拉桥(苏通大桥)和悬索桥(西堠门大桥),以及首座三塔悬索桥(泰州大桥),被业内评价为“根本性的改进”。2007年,陈政清获得国家科技进步二等奖。

    英国当时在桥梁抗风研究上处于国际领先位置。不过,当时他们还有一个问题没有攻克,那就是桥梁因风引起的三维颤振分析。当时普遍采用的是两参数颤振理论求解,只能通过设计人员一步一步计算得来,因此,也就没有办法让一般设计人员根据某种理论或者模式设计,不能大面积推广,且计算过程十分繁杂。

    怎么找到一个相对简便的方法?经过刻苦研究,陈政清在国际上最先提出了单参数搜索的思想,创立了预测桥梁颤振失稳临界风速的三维分析方法,大大简化了搜索过程,而且可实现自动搜索——这好比原来需要在一座城市寻找一个人,现在只需在一条街上搜索一个人。

    根据风洞试验的结果,陈政清发现,通过稳定板的设置能够很好地提高矮寨大桥的抗风性和稳定性。这些抗风稳定板既经济,安装又便利,只需在桥面上、下分别布置纵向的、钢材质的抗风稳定板即可。如今,矮寨大桥最高能抵抗55米/秒的风速,远高于初期设计方案的十二级飓风35米/秒的风速。

    “陈老师每隔一段时间,就会有新的想法,科研干劲比我们年轻人都大,有时我们感觉都跟不上他的思想步伐。”陈政清的学生、湖南大学桥梁系风工程试验研究中心副主任华旭刚跟随陈政清学习、共事已有17年,在他的印象里,陈政清是一个永不停歇的“平民实干家”。

    全长5747.8米、横跨东洞庭湖区的洞庭湖大桥是国内第一座三塔斜拉桥。地处风雨区,洞庭湖大桥建成后多次受到大风和大雨的共同破坏,发生拉索“风雨振”现象。一旦风雨大作,桥梁拉索上便会形成“上雨线”,加剧振动的幅度。2001年4月10 日,8级大风连续20多个小时摇撼着洞庭湖大桥,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,靠近拉索的路灯都被打碎。

    为了解决洞庭湖大桥“风雨振”这个大难题,陈政清不仅泡在实验室做研究,还多次驱车到大桥现场考察,甚至冒着风雨翻越栏杆去观察情况。经过连续、长期的现场观测,陈政清获得了风速、风向、雨量等参数对“风雨振”的影响规律。在不断的实验过后,陈政清掌握了拉索“风雨振”的振动特征和机理,决定用磁流变阻尼器取代油阻尼器。这种阻尼器原是应用在高级赛车中的减振设备,可以极大地减轻高速行驶中的车辆振动。

    然而,当时所用的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好相反,怎样才能将它用在大桥上?陈政清反复思考,十几天下来,人都瘦了一圈。一个晚上,他苦苦思索至深夜才入睡。一觉醒来,他猛然想到了一个三维设计图,终于找到了日思夜想的“钥匙”。

    陈政清开发了磁流变拉索减振系统,并对系统内的各个部件进行精心设计,保证了其有效性和耐久性。这种手电筒大小的特殊构件被连在每根拉索的下端,提供了运动的阻力,使得拉索的自由振动衰减,洞庭湖大桥的“颤抖病”顿时痊愈。洞庭湖大桥也成为世界上第一个应用磁流变减振的桥梁工程。

    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:中国桥梁修得太快,创新不够,技术上比较相似,包括施工方法等都没有太多特色。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。

    如今,已经68岁的陈政清,站在这座大实验室里,依然雄心勃勃:“今后,我们的风工程要逐渐从单一的桥梁方向,转向核电站的冷却塔、风力发电机、大型输电塔、房屋抗风、环境中的有害气体扩散等多个领域。”

编辑:波波 责任编辑:颜劲

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