研究立足國家所需 科學保障橋梁壽命

孟小雪

中國古代的橋梁成就舉世矚目，曾在東西方橋梁發(fā)展史上占有崇高的地位，為世人所公認。新中國成立之后，特別是改革開放以來隨著我國公路交通的迅速發(fā)展，橋梁的發(fā)展也進一步擴大，它已不再局限于河流之上，大峽谷、城市路面以上以及島路連接都開始修建橋梁，對橋梁的技術和外形也有了更嚴格的要求。建筑材料、設備、建筑技術的較快發(fā)展，特別是電子計算技術的廣泛使用，為廣大技術人員提供了快捷、高精度的計算分析手段，廣大的橋梁工程師和工作者，不斷推進我國公路橋梁建設事業(yè)的發(fā)展。湖南大學土木工程學院橋梁工程系副教授楊鷗就是其中的一員。

現(xiàn)如今，中國現(xiàn)代橋梁總數(shù)超過100萬座，21世紀人類新建的世界前100名高橋中，中國有90座。而一直以來，橋梁的安全性能都是其不可忽視的關鍵問題。目前，我國的橋梁設計中對建設期安全、結構強度、初期投入和業(yè)主成本較重視，卻忽視了橋梁結構的使用壽命和全壽命成本及社會成本，存在較大的缺陷和局限性，不符合以人為本的橋梁建設可持續(xù)發(fā)展要求。而楊鷗的研究方向就直指橋梁建設中的痛點，多年來在鋼筋混凝土橋梁全壽命性能評估中展開了一系列創(chuàng)新性科研探索。

初心不移，

扎根土木工程領域

從小，家里人對于知識的重視，以及母親對于楊鷗辛勞的付出、殷切的鞭策，對他的性格形成與人生道路選擇產生了深遠影響。從小品學兼優(yōu)的他，在求學的道路上從未停止過努力，最終于1999年9月，成功考入中國礦業(yè)大學（北京）土木工程專業(yè)，開啟了全新的人生旅程。

在這里，楊鷗的學習涉及土木工程領域宏觀性的學科知識，對整個領域有了更加全面的認識。在4年后，他以優(yōu)異的成績被保送到哈爾濱工業(yè)大學土木工程學院攻讀碩士和博士學位，獲得了結構工程專業(yè)碩士學位和工程力學博士學位。通過碩博期間的研究學習，楊鷗在理論基礎與工程實踐領域不斷打磨錘煉，為他后期從宏觀逐步深入到工程領域具體研究內容中打下了堅實的基礎，也讓他逐漸確定了自己在橋梁工程領域的研究方向。

在楊鷗看來，橋梁工程是一門歷史悠久并具有濃厚技術積淀的學科。因此，對于領域知識的積累十分重要。從本科到博士，從最初基本概念的把握到對整體科研領域的了解，讓楊鷗更能清醒地認識到領域內最為需要的研究技術是什么，并矢志為此而奮斗下去。

安全性可以說是橋梁建設的生命，也是橋梁建設的根本出發(fā)點。橋梁作為溝通各個地區(qū)的紐帶，其安全性不僅僅是保證橋梁的暢通性，更是連接兩個地區(qū)經濟、文化和情感的樞紐。因此，橋梁建設安全性問題必須受到重點關注?！耙驗闃蛄汗こ痰耐顿Y，一般都比較大，大型橋梁都在億元以上，因此使用年限也比較長，通常設計使用年限都是100年。在長期運行的過程中承受各種各樣的荷載，會積累一些損傷，導致其整體的性能退化?！睏铤t說。

目前，楊鷗的研究主要偏向于橋梁的全壽命周期研究。一方面研究橋梁在整體的壽命期內的運行是否滿足其承載預期，另一方面為橋梁的維修保養(yǎng)提供數(shù)據積累和建議，盡量在橋梁出現(xiàn)風險之前，提前做好規(guī)劃與預測。多年來，他在這一方向上不斷探索實踐，積累了豐富的科研經驗。

科研開拓，

橋梁建筑的全壽命探索

近些年來，因為橋梁安全問題造成的事故屢見不鮮。楊鷗深知，要解決橋梁工程領域的主要問題，就要認準主要矛盾。在他的介紹下，記者了解到：鋼筋混凝土橋梁在長期自然環(huán)境和使用條件下，由于結構設計、施工及養(yǎng)護管理上存在的問題，導致混凝土結構逐漸老化，損傷甚至出現(xiàn)嚴重的破壞，直接影響橋梁結構的使用功能和安全。因此，對現(xiàn)有鋼筋混凝土橋梁耐久性進行評估和預測已成為一個迫切需要解決的問題。

在此之前，楊鷗曾分別于2005年3月—2005年12月、2016年12月—2017年12月，前往美國伊利諾斯大學厄巴納-香檳分校、美國密蘇里科技大學進行訪問交流。兩次研究交流，讓他在橋梁工程的整體結構抗震以及鋼筋和混凝土之間的粘結性能研究中進行了深度學習，為他在橋梁工程領域研究視野的開拓以及研究方式的學習，提供了極大幫助。

“雖然，鋼筋混凝土一直作為組合出現(xiàn)。但事實上，它們作為橋梁工程的兩種主要材料，應該作為兩個獨立的個體看待。在長期使用的過程中，鋼筋和混凝土界面的性能退化會導致橋梁的承載力或整體性能的退化?！睏铤t說。

如今，基于湖南大學土木工程學院這一研究平臺，楊鷗就在鋼筋混凝土結構非線性分析、大跨度橋梁結構極限承載力分析及安全評定、鋼筋混凝土結構抗火性能等方向中展開了攻關。

在國家自然科學基金面上項目和國家自然科學基金青年基金項目等的支撐下，楊鷗就和研究團隊成員通過實驗研究，提出了基于定期檢測和健康監(jiān)測技術的斜拉橋結構服役期內主梁整體失效模式及其極限承載力演化規(guī)律的分析方法，為結構的全壽命設計以及結構安全預警的分級提供理論依據。利用上述方法，他們對我國北方某座干線斜拉橋在運營期內的4個典型狀態(tài)進行計算分析，研究該橋在運營期內的失效模式及其極限承載力的演化規(guī)律。結果表明，他們所提出的方法可以獲得在車輛荷載作用下斜拉橋主梁整體失效模式和相應的極限承載力;斜拉橋在服役過程中主梁開裂、鋼筋銹蝕、邊界條件變化等導致橋梁結構損傷、甚至結構體系及其相應的力學模型發(fā)生較大的變化，使結構失效模式及其極限承載力發(fā)生較大的變化。

除此之外，在高溫下鋼筋與混凝土的黏結性能試驗與分析、高溫下鋼筋與混凝土粘結錨固性能試驗研究中，他們也做了許多探索性嘗試，為橋梁建筑的安全性能保駕護航。

理論研究之外，楊鷗還將研究緊貼社會實際，并展開了一系列面向社會應用的創(chuàng)新探索。

2020年虎門大橋事件的發(fā)生，讓橋梁渦振現(xiàn)象出現(xiàn)在了公眾的視野。事實上，渦振是大跨度橋梁在低風速下出現(xiàn)的一種風致振動現(xiàn)象?！帮L振問題主要是一個氣動性能，其對整個橋梁的外形結構十分敏感。雖然每個橋的很多參數(shù)比較接近，但是只要有一個細微的改動就會對橋梁結構的整體風振性能產生很大的影響?！睏铤t說。而他和研究團隊就針對避免在橋梁的設計過程中出現(xiàn)較大的渦振開展了一系列探索性工作，以服務于橋梁的安全性設計。

教書育人，

尋求領域的下一個突破

幾乎每一個在科研道路上摸爬滾打的人都會遇到自己的瓶頸期，楊鷗也不例外。但在他看來，科研之路困難是常在的，想要在這一領域中做出更多創(chuàng)新性成果，就需要持續(xù)的投入以及長期的堅持。每當遇到困難時，他總是這樣鼓勵自己。

一路走來，楊鷗在科研征程中遇到了多位良師益友，特別是自己的博士生導師歐進萍院士，其對待科學研究的嚴謹、堅持與熱愛，以及腳踏實地做科研的精神對楊鷗的科研之路產生了潛移默化的影響。如今作為研究生導師，他也希望能夠將自己從事科研工作的經驗與態(tài)度，傳遞給學生們。

從事科研工作從來都不是單打獨斗，在楊鷗看來，一個人的研究興趣和特長要和團隊整體研究需求相平衡，且更要注重團隊成員之間的交叉合作。在學生進入科研團隊之前，楊鷗會將團隊的整體情況做出簡單的介紹，讓學生在整體了解之后，選擇自己感興趣且較為擅長的科研方向堅持做下去。多年來在教學崗位兢兢業(yè)業(yè)，楊鷗取得了一系列成果。由他指導的學生在第九屆亞洲地區(qū)校際結構設計邀請賽以及第十屆全國大學生結構設計大賽中，都取得了優(yōu)異的成績。

輪勢隨天度，橋形跨海通?！皬奈覀儑业陌l(fā)展來說，橋梁領域的研究仍有很強的可持續(xù)性?！睏铤t說。在今后的研究之路中，他還將基于之前的研究基礎，針對橋梁長期運營所出現(xiàn)的極端災害問題，開展極端荷載下橋梁的安全性評估，用科學為國家橋梁工程的未來保駕護航！