“我爱桥,不仅因为桥美,更因为桥能给人带来便利。桥是人类想象力、创造力的结晶,桥是创新的精华,我爱桥,我也爱创新。”秦顺全院士激情洋溢。源于对桥的热爱,对创新的孜孜追求,1992年,年仅29岁的秦顺全首创的斜拉桥安装无应力状态控制法理论一经发表就引起了整个桥梁界的广泛关注。
9月21日,在国际桥梁工程技术高峰论坛大会上,中铁大桥局总工程师秦顺全院士详细解读了分阶段施工无应力状态控制法理论。稍后,中国桥梁网记者就此理论的关键环节和发展历程专程拜访了秦院士。
“荷载、刚度及构件单元的无应力状态量的有机统一是无应力状态控制法的核心与关键,影响分阶段施工桥梁最终成桥状态内力和线形的因素除荷载、刚度外,还有构件单元的无应力状态量”,秦院士解释道,“无应力状态控制法就好比从武汉到北京,起点是武汉,终点是北京,只有知道过程中的一个个经过的节点,才能顺利到达终点。分阶段施工桥梁,桥梁建造要经历若干施工中间过程节点,目标是满足设计要求的成桥状态的内力和线形,有了构件单元的无应力状态量,就成功地将施工中间过程节点与成桥目标连接起来”。值得注意的是,桥梁施工控制时,不仅要关注荷载和刚度,无应力长度和曲率亦不容忽视。只有将三要素有机结合,完全控制,桥梁施工控制才能达到预期目的。
“结构单元的内力和位移随着结构的荷载变化、体系转换和拉索的张拉而变化,但单元的无应力状态量是稳定的,拉索的无应力长度只有人为地调整才会发生变化,认识并把握好桥梁施工过程的‘变’与‘不变’,桥梁施工过程控制会得到极大的简化”。秦院士表示,“任何事物都是有偏差的,无应力长度与曲率也不例外。但此偏差却很容易在其对应的结构内力和位移中表现出来,而当荷载和结构体系一定时,拉索无应力长度的变化必然唯一地对应一个单元索力的变化,只要能计算出来就可以找到针对性的措施来调整”。
谈到此理论的应用,秦顺全院士回忆道,“无应力状态控制法理论1989年便开始研究, 1993年在武汉长江二桥建造时第一次运用,截止到目前,已有30多座大跨度桥梁在施工控制时运用了此理论”。
1989年至今,无应力状态控制法理论在不断解决实际问题中完善和丰富,从分阶段成形结构理论计算到临时荷载的过滤技术以至目前的无应力长度和曲率对最终结构内力和位移的影响,理论运用也日益成熟。
分阶段成形结构理论计算在武汉长江二桥的安装控制时首次提出。初生牛犊不怕虎的秦顺全院士拨冗去繁,把自己关在电脑房里,分析现有斜拉桥的安装计算方法,为克服传统计算方法的不足,提出了用构件单元的无应力状态量建立最终状态与施工过程之间的联系,直接求解中间过程,取代用‘倒退分析’去寻找中间过程的计算方法,创建了基于无应力索长的控制软件系统,解决了大跨度斜拉桥结构规模大、施工阶段多、计算时间长的矛盾。无应力状态控制法理论在武汉长江二桥建设初期仅限于安装计算,实际施工中,根据斜拉桥索力调整实质是调整其无应力长度的特点,提出了索结构桥梁“多工序并行作业技术”,满足了施工现场需要。“桥梁的荷载变化与索力调整不论经历怎样的过程、状态,其内力和位移变化只与最终的荷载变化量和最终的索长调整量有关。因此,桥梁施工中引起荷载变化的工序可与索力调整不分先后次序的并行作业,用索长变化量来调整拉索力,可以解决工程实际中索力调整与荷载变化的交叉影响”,秦院士说。
无应力状态控制法理论在招宝山大桥的维修加固中发展与完善,“临时荷载过滤技术”得以提出。当时,招宝山大桥主梁断裂,大桥局临危受命,承担起加固、设计、监控、施工的总承包任务,总工程师秦顺全院士成为指挥长的最佳人选。面对桥梁拆除时不稳定状态下结构状态极难把握的困境,秦顺全院士没有退缩,他凭着对桥梁未知领域探究和实践的极大勇气,探索出全新的断桥调整结构体系,完成了桥梁界惊诧的漂亮一笔,为修复工程的顺利完成做出了重大贡献。“大桥的永久恒载的大小及位置都是确定的,但施工临时荷载的大小和位置变化却异常频繁,工地上到处堆放着施工材料,这些临时荷载对大桥会产生影响,如果不妥善处理,最终会影响大桥整体的内力和线形。”秦顺全院士意味深长地说。
另外,无应力状态控制法理论发展到现在,构件单元长度和曲率对结构内力和位移的影响可以通过计算得到结论,如此,“我们在桥梁施工控制时,对前一阶段构件无应力状态量的偏差可以用实测和理论方法来识别,必要时用调整后续阶段安装构件的无应力状态量来弥补,最终使整个结构达到最优”,秦顺全院士满脸自信。
“桥梁科技工作者的职责就是要在实践中不断探索创新,发现并填补桥梁科技领域的空白”,秦顺全院士表示,“我追求那种为桥痴迷、奉献的精神状态,同时我也希望我和我的团队能在此状态的感召下不断创新桥梁技术,加快桥梁技术健康发展,使中国在成为桥梁大国的同时更以桥梁强国的姿态屹立在国际顶端。”
采访结束瞬间,秦顺全院士霍然起身,提起电脑作势一个箭步就要奔往楼下,“实在抱歉,没时间了,还要赶飞机”他行色匆匆,但仍不忘解释原由。看着楼梯拐角处消失的背影,我感慨万千,“桥梁建设者总是如此繁忙,奔波于各大城市之间,奔走于施工现场各个角落”。短短十几分钟的采访,记者切身体会了秦顺全院士自身特有的魅力,意气风发而严谨睿智,谦和坚韧而深入浅出,感情丰富而表达多样……