张宇峰:现代科技为桥梁安全保驾护航

2019-12-06 07:40| 发布者: admin

 

  2002年,张宇峰从东南大学博士毕业进入江苏省交通科学研究院(苏交科集团股份有限公司),致力于桥梁施工控制、无损检测、健康监测与状态评估等科研与技术工作,并开创了该院施工控制和健康监测两大技术方向。

  何为施工控制?张宇峰介绍,由于实际施工现场和理论设计上的差异,施工监控要在现场对结构的应力应变、变形、索力等进行测试,在仿真模型中进行计算和分析并不断修正,使仿真模型接近施工现场的实际情况,并预测下一个阶段会达到的状态,施工单位就可以据此施工,保证与设计基本保持一致。张宇峰主持了50多座大桥的施工控制工作,其中最大的斜拉桥主跨450米,最大的悬索桥主跨760米。“如果施工中的监测没做好,就相当于这座桥梁出生的时候就是不健康的,使用中会产生一系列问题。”张宇峰打比方说。

  一座桥梁健康“出生”以后,还需要定期对桥梁进行检测,让检测工作智能化则一直是张宇峰和团队努力的方向。斜拉索桥或悬索桥的吊杆里面有没有锈蚀或断丝,涉及到桥梁的安全,用“开膛破肚”的方法进行检测,对索体会有损伤;漏磁检测法则只能分段测,速度慢,设备重。张宇峰率领团队与华中科技大合开发出磁致伸缩导波法,通过大量的试验,开发的设备能达到单次探测20米时精度到探测1.6%截面损失率的水平,且与漏磁检测法相比,速度提升了20倍以上。

  对一座桥是否可以安全使用做出评价,除了目视检查、无损检测外,目前最终的评价是荷载试验。做荷载试验时要封桥,并按设计规范计算桥上最多能上多少辆车,将车分批按照设计时最不利的位置停放到位,费时费力,代价高。如2014年江阴大桥进行荷载试验,动用了56辆重型卡车和上百人,中断了两个晚上的交通,却只能检测四个工况。张宇峰及团队通过近10年的努力,提出了准静态试验法,只需要一辆卡车,沿桥缓速行驶,车上的测试设备与桥上的装置同步关联,将应变或位移影响线标出来,分析结果就可以对整个桥梁状况做评价,以此再建立虚拟桥梁模型,做虚拟荷载试验。如果在虚拟试验里检测合格,就可以不用再做实际的荷载试验。从目前的应用成果来看,这种方法让交通中断时间从8小时以上缩短为半小时以内,且试验成本只需传统荷载试验的二分之一甚至三分之一。

  为了及时准确地知道桥梁的健康状态,张宇峰和团队给桥梁装上了“神经系统”,“这是一套传感器。”他解释说。利用这套系统可以及早发现桥梁一些大的问题,也可以对出现的问题进行持续跟踪观测。在此基础上,张宇峰构建了长大桥梁健康监测系统设计、实施、质量检验评价与维护标准体系;建立了融合多功能的大型桥梁健康监测系统,首次实现了对系统自身状态评定;建立了缆索体系桥梁完备的安全预警指标体系以及预警阈值标准。这些成果应用于包括13座长江大桥在内的70余座大桥,并在特殊事件安全报警及指导科学养护维修方面起到了重要作用。相关成果在2013年获得了国家科技进步二等奖,2017年获得国家技术发明二等奖。目前南京所有跨江大桥都已安装这套“神经系统”。

  张宇峰带领着团队还相继主持了“大型桥梁结构健康监测系统自身状态评估技术研究”、“西部大型桥隧结构物分布式安全监测和灾变预警系统的研究与开发”等30余项重大科研项目;他在2015年组建了国家科技部“在役长大桥梁安全与健康国家重点实验室”,2017年所带团队荣获交通运输部“重点领域创新团队”称号,目前是国际上千米级桥梁健康监测业绩最丰富的团队,并以所开发的广域结构群物联网监测技术为核心,组建了全国第一个区域桥梁群健康监测平台——江苏省长大桥梁健康监测数据中心,大大提升了桥梁群的服役安全与有效管养水平。

 

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