近些年來，湖南大學(xué)在橋梁工程領(lǐng)域取得了重大的技術(shù)創(chuàng)新和貢獻(xiàn)，涉及柔性橋梁風(fēng)致振動理論與控制技術(shù)、新型電渦流阻尼減振技術(shù)以及UHPC高性能橋梁結(jié)構(gòu)新體系三大方面的創(chuàng)新。這些創(chuàng)新不僅引領(lǐng)了行業(yè)技術(shù)發(fā)展，還在多個國內(nèi)外重大工程中得到成功應(yīng)用，取得了一系列的國內(nèi)外獎項與認(rèn)可。

　　聚焦懸索橋渦振問題讓懸索橋“淡定”

　　世界上沒有絕對的剛體，看似堅不可摧的鋼筋混凝土大橋，同樣會產(chǎn)生形變和振動。橋梁的顫振及渦振是大跨度橋梁抗風(fēng)中最為重要的兩個問題。

　　如何讓懸索橋“淡定”？湖南大學(xué)在橋梁顫振、懸索橋渦振等抗風(fēng)理論與技術(shù)方面有多項創(chuàng)新成果，解決了多種風(fēng)振病害問題，其中吊桿大攻角顫振理論填補(bǔ)了國際空白，懸索橋的多階渦振理論與應(yīng)用位于國際領(lǐng)先水平。

　　1992年在國際上提出了三維顫振分析的多模態(tài)單參數(shù)自動搜索法，開發(fā)了能精確識別全部顫振導(dǎo)數(shù)的全數(shù)控三自由度強(qiáng)迫振動試驗系統(tǒng)，解決了大跨度橋梁顫振臨界風(fēng)速穩(wěn)定、快速和準(zhǔn)確計算的難題；其中相應(yīng)核心技術(shù)被同濟(jì)大學(xué)引進(jìn)應(yīng)用。2006年進(jìn)一步在ANSYS商業(yè)軟件中開發(fā)了三維顫振分析模塊，徹底解決了顫振分析通用性問題，已被國內(nèi)外同行廣泛應(yīng)用；2008年建立了拱橋剛性吊桿大攻角風(fēng)致顫振理論，填補(bǔ)了結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計的一個空白。國際同行評價成果“代表了拱橋吊桿抗風(fēng)研究的最新水平”。

　　自2010年始，湖南大學(xué)聚焦懸索橋渦振問題，在橋梁渦振，特別是在懸索橋多階渦振方面取得了世界領(lǐng)先的成果，系統(tǒng)創(chuàng)建了懸索橋多階渦振理論體系和減振技術(shù)：在國際上首次提出了多點(diǎn)彈性支撐連續(xù)梁氣彈模型，揭示了懸索橋多階模態(tài)渦振的響應(yīng)特征，提出了基于行車視距的渦振振幅容許限值確定方法，形成了系統(tǒng)的懸索橋多階渦振的抗風(fēng)設(shè)計理論體系；研發(fā)了塔梁阻尼器直接減振系統(tǒng)，有效解決了在役懸索橋多階渦振控制的難題，并成功應(yīng)用于武漢鸚鵡洲長江大橋渦振治理工程。成果納入我國橋梁抗風(fēng)規(guī)范，被國際知名學(xué)者評價為“渦振研究的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展”，并用于土耳其三橋等橋梁的多階渦振研究。

　　虎門大橋、江陰長江大橋、蘇通長江大橋、矮寨大橋、舟山西堠門大橋、杭瑞高速洞庭湖大橋……湖南大學(xué)相關(guān)成果等我國一批重大橋梁工程中得到成功應(yīng)用，并獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎3項，教育部自然科學(xué)獎二等獎2項，教育部技術(shù)發(fā)明獎二等獎1項，湖南省技術(shù)發(fā)明獎一等獎1項，湖南省科技進(jìn)步獎一等獎3項，對我國橋梁風(fēng)工程研究由技術(shù)引進(jìn)到逐步超越做出了重要貢獻(xiàn)。

　　用電渦流阻尼技術(shù)“穩(wěn)”住一座座橋

　　早在21世紀(jì)初時，我國大跨橋梁減振領(lǐng)域研究尚處于起步階段，早期修建的幾座跨長江大橋都不同程度受到振動問題困擾，國內(nèi)公司沒有相應(yīng)的大型阻尼器設(shè)計、制造能力，所有產(chǎn)品只能依賴德國和美國公司進(jìn)口。然而，這些國外進(jìn)口的大型油壓阻尼器在使用3至5年后，往往因機(jī)械摩擦而漏油失效，不僅需要耗費(fèi)大量資金維修與更換，也對重大基礎(chǔ)設(shè)施的安全構(gòu)成威脅。

　　“油阻尼器是從國外引進(jìn)的技術(shù)，在抑制橋梁振動方面遇到了實(shí)質(zhì)性困難。我們應(yīng)抓住契機(jī)，開發(fā)出具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，讓中國人在工程結(jié)構(gòu)減振領(lǐng)域做出一項新貢獻(xiàn)。”瞄準(zhǔn)這一實(shí)際工程急需解決的重大問題，湖南大學(xué)陳政清帶領(lǐng)團(tuán)隊開始了“攻堅之路”，通過系統(tǒng)深入研究，成功地將永磁電渦流阻尼用于大型結(jié)構(gòu)的減振和緩沖。

　　他們研發(fā)了一系列的電渦流阻尼技術(shù)，包括板式電渦流阻尼單元，以及大行程、低頻和微型等多種電渦流調(diào)諧質(zhì)量減振裝置，以滿足不同行業(yè)和性能需求。此外，他們還發(fā)明了旋轉(zhuǎn)管式軸向永磁電渦流阻尼器，最大阻尼力超過2000kN，最大軸向速度超過1m/s，滿足高烈度地區(qū)結(jié)構(gòu)抗震要求，達(dá)到國際最高水平。他們還創(chuàng)新了多種特殊形式的電渦流阻尼器，進(jìn)行了電渦流TMD拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法的開發(fā)，以及永磁電渦流阻尼器高速非線性特性的電磁學(xué)-熱力學(xué)-動力學(xué)耦合仿真與參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法的創(chuàng)新，使電渦流阻尼裝置的耗能密度達(dá)到國際最高水平。

　　團(tuán)隊共研發(fā)出3大類12種系列的電渦流阻尼器產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外大型工程項目，并逐漸替代了國外進(jìn)口的高端油阻尼器。他們孵化了國內(nèi)第一家電渦流阻尼技術(shù)的國家高新技術(shù)企業(yè)。電渦流阻尼減振（震）技術(shù)已在江陰長江大橋、蘇通長江大橋和摩洛哥Noor Ⅲ太陽能集熱塔等國內(nèi)外重大工程中成功應(yīng)用，近3年可統(tǒng)計的直接經(jīng)濟(jì)效益超4億元，獲得2020年湖南省技術(shù)發(fā)明一等獎和2014年教育部技術(shù)發(fā)明二等獎。

　　以“時髦”高性能技術(shù)為大橋“治病”

　　一座座大橋連接著祖國的大江南北，為促進(jìn)我國交通網(wǎng)絡(luò)完善和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展發(fā)揮重要作用。

　　然而，進(jìn)入2000年之后，大跨徑橋梁鋼橋面病害問題頻發(fā)。比如，鋼橋面板易疲勞開裂，通常不到10年便出現(xiàn)疲勞裂縫；鋼橋面瀝青鋪裝極易破損，需頻繁維修，導(dǎo)致橋面鋪裝翻修成本飆升。

　　湖南大學(xué)的研發(fā)團(tuán)隊針對此問題，通過多年攻關(guān)和工程實(shí)踐，采用超高性能混凝土（UHPC）等材料，研發(fā)了以鋼-UHPC輕型組合橋面結(jié)構(gòu)、鋼-UHPC矮肋板組合梁、單向預(yù)應(yīng)力薄壁UHPC箱梁、裝配式UHPC橋梁等為代表的原創(chuàng)性高性能橋梁結(jié)構(gòu)新體系，解決了關(guān)鍵性技術(shù)難題。

　　超高性能混凝土（UHPC）是一種超高韌性、超長耐久性的水泥基復(fù)合材料，有望解決橋面開裂、能耗巨大、壽命不長等橋梁病害難題。這對新橋來說是病害“疫苗”，對舊橋來說則是治愈“良藥”。

　　他們首次提出了鋼-薄層超高韌性混凝土（STC）輕型組合橋面結(jié)構(gòu)，大幅提高了橋面的局部抗彎剛度，有效降低了疲勞開裂風(fēng)險，將鋼橋面瀝青鋪裝轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)的混凝土橋面鋪裝。此技術(shù)已成功應(yīng)用于多個國內(nèi)外大跨度鋼橋項目，取得了顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益。

　　湖南大學(xué)還自主開發(fā)了鋼橋面專用的STC材料，建立了智能化施工裝備，大大提高了施工效率。他們進(jìn)行了千余個模型試驗，為輕型組合橋面結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算提供了理論和方法支持。

　　這些創(chuàng)新的橋梁結(jié)構(gòu)新體系已廣泛應(yīng)用于滬蘇通長江大橋、杭瑞洞庭大橋、武漢君山長江大橋、宜昌長江大橋、中馬友誼大橋、越南河內(nèi)升龍大橋等國內(nèi)外100余座國內(nèi)外大橋工程，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，全壽命成本節(jié)約達(dá)160億元。研發(fā)成果獲2017年教育部技術(shù)發(fā)明一等獎、中國公路學(xué)會一等獎，入選交通運(yùn)輸部重大科技創(chuàng)新成果庫。全媒體記者 余蓉