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东南大学:土木“三宝”创神奇
发布时间: 2013-12-24                    访问次数: 1307

        10月15日,在东南大学土木学科办学90周年之际,中南控股集团送上了一份厚礼———与东南大学土木工程学院达成多个合作意向,其中最大的单笔资金支持达3500万元。这笔钱有三个用途:前者为后者捐资筑楼,后者为前者培训员工,双方携手科技攻关。
  按说校企合作、企业捐资助学早已不再是啥新鲜事了,但一家企业为一个学院一掷半个亿,并不多见。老话说“栽下梧桐树,自有凤凰来”。东南土木人究竟种下了如何葳蕤的梧桐树,才能引来中南控股如此大气的金凤凰?
  探其秘籍,该院院长吴刚、党委书记张星说:“因为我们一直踏实前行,并且形成了属于自己的三个“宝贝”—自主创新、政产学研结合、理论与实践相结合。”
       破解“FAST”难题,全靠自主创新“传家宝”
  从机场车站、体育场馆、会展中心,到500米口径射电望远镜FAST项目,都有共同的特点:空间跨度大、采用预应力钢结构建造。
  而在国内的大跨度工程中,几乎都有同一群人忙碌的身影———东南大学吕志涛院士领衔的预应力团队。他们依靠自主创新的技术成果,包揽了国内半数大型预应力钢结构工程。
  近年来,很多新建的大型场馆建筑跨度都超过百米,必须采用预应力钢结构设计施工。但预应力钢结构施工的核心技术几乎全在国外。一大串问题摆在面前:没有完整的施工分析系统,缺乏适用的施工工艺;缺少专用的安装和张拉装备;缺少相应的预应力施工方法。为此,东南大学从施工方法、装备和分析理论三方面做了大量研究和应用。
  从过去的四五十米、七八十米,到如今动辄百米以上的跨度,从早期的混凝土薄壳结构到钢网架结构再逐步演变成如今的预应力钢结构,东南大学预应力团队一步步逼近世界先进水平。
  2008年12月,国家重大科学工程———500米口径射电望远镜FAST项目启动。
  FAST反射面的结构看起来像一个特别大的锅,其实就是一个由面索和下拉索构成的索网。为了建造这个人类有史以来最大的射电望远镜项目,东南大学预应力团队再次出征。这次他们攻克了3项世界级难题—反射面索网的抗疲劳问题、评估索网30年使用期内的疲劳性能、创新的施工方法及相应构造———为FAST顺利建造打开了通道。
  正是因为勇于挑战每一个触动人心的索结构工程和新型索结构形式,郭正兴教授团队获得了2010年度国家科学技术进步奖二等奖,形成了我国大跨空间钢结构的预应力施工综合技术创新体系。
       一个人、一个学科特区孕育一个新兴产业
    桥梁跨度越来越大,楼房大厦越建越高,传统建筑材料却越来越“力不从心”。
  以桥梁为例,小跨度的可以用砖混结构,较大跨度的使用混凝土结构,再大跨度的使用钢结构;可到了1500米以上的跨度,钢结构也会“掉链子”———因为钢自重大,仅自重就能压垮桥梁。
  如果换一种材料呢?在东南大学的学科特区—吴智深教授领导的城市工程科学技术研究院里,记者看到一种新奇的建筑材料:高性能纤维包裹着树脂,做成各种建筑构件,有钢筋、网格、型材和模板等。
  用手掂一掂,分量特别轻,据说密度是钢材的1/4到1/5,强度却是钢材的5—10倍。而且,它还耐酸、碱、盐等环境腐蚀,特别适合海洋环境。
  吴智深说,这是纤维增强复合材料。过去国人对它知之甚少,甚至从国外花高价买回来却不会用,材料的强度和高耐久性没有完全发挥。
  为了能让纤维增强复合材料在中国实现高性能化和工程应用,吴智深回国创建学科特区,以东南大学支持的人、财、物特殊政策,引进高水平海外人才,与南京市建邺区政产学研合作,共建全国第一个国家级玄武岩纤维生产及应用技术国家地方联合工程研究中心。
  早期,纤维增强复合材料是以碳纤维基础,价格居高不下,难以和砖块、混凝土同台竞技。吴智深把目光瞄准了国内丰富的玄武岩资源,创造性地开展了纤维混杂和基体改性研究,形成混杂纤维复合材料,大大降低了造价。
  同时,他还把传感材料、传感器和纤维复合材料混合起来,就像一张展开的“神经网”,建筑从此有了自诊断功能,不仅实现一材多用,还大大提高结构寿命。
  现在,吴智深正在探索利用纤维复合材料实现过去不敢想象的结构,比如跨度达万米的跨海大桥。他告诉记者,传统的钢拉索桥梁,经济跨度为1500米。如果用碳纤维,就能实现上万米的经济跨度。
  引进一个科学家,建立一个团队,形成一个新兴产业,吴智深的研究还在起步阶段,而在他的团队直接技术支撑下完成的可统计产值已达11.9亿元。2012年,“纤维增强复合材料的高性能化及其在工程结构上的关键应用技术”荣获国家科技进步奖二等奖,这是纤维增强复合材料在土木工程领域的第一个国家奖。
  远程把脉问诊桥梁健康2012年8月,台风“海葵”来袭,世界第二大跨径斜拉桥苏通大桥在狂风暴雨中产生晃动。
  大桥是闪了腰还是落了枕?桥不会说话,可东南大学李爱群教授团队根据监测数据给出了权威的答复,令公众悬着的心终于落了下来。
  到2012年年底,我国公路桥梁数量跃居世界第一,但桥梁的“健康”却一直依赖人工养护。不仅成本高、效率低,还有很多够不着的“死角”。
  有没有一种省时省力又科学的办法能实时给桥梁“把脉问诊”?
  2002年,李爱群带领团队在国内外率先成立结构健康监测研究所,开始进行长大跨桥梁结构健康监测技术攻关。当年,他们开始承担润扬大桥健康监测系统的设计。这完全是一个在实践中学习,摸着石头过河的过程。一方面,当时国际上对这一领域的报道极少,他们需要根据自身对桥梁的认识和大量的数值模拟计算,判断其最容易出问题的位置,进行传感装置的铺设。另一方面,大部分传感器要根据土木工程的需要重新设计或者升级。
  2002年,国内某大桥的伸缩缝才用几年就磨损严重,将对大桥寿命产生巨大影响。可是这种大型伸缩缝只有德国和瑞士两家企业生产,难道国际大牌也有“次品”?
  李爱群经过监测发现,导致磨损的原因除了热胀冷缩之外,还有车辆通行导致的累计位移,而后者才是“罪魁祸首”。他立即提出改进意见,伸缩缝很快“回春”,再没有出现过类似问题。
  10多年来,这项成果已经成功应用于润扬大桥、苏通大桥等十余座具有世界影响的大跨桥梁,创造直接、间接经济效益10多亿元。今年,这项成果还通过了2013年度国家科技进步奖的初评,成为业界翘楚。(本文系2013年10月17日《科技日报》头版头条新闻)