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“让中国成为世界预应力的中心”——记国家科技进步一等奖获得者吕志涛院士
发布时间: 2017-01-12                    访问次数: 4797

本文发表于《东南大学报》2015年1月10日(第1273期)第四版

http://ddb.seu.edu.cn/media/user/2015-01-10/show2.html  

  

今年1月9日,国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂举行,东南大学吕志涛院士领衔的“现代预应力混凝土结构关键技术创新与应用”项目喜获国家科技进步一等奖,这也是全国土建领域今年唯一的一等奖。该获奖项目实现了预应力结构理论、病害控制、抗震减灾、核电设施安全等领域的突破,首创了多个理论方法,开发了系列关键技术和产品,打破了国际垄断。

吕院士是我国专门从事预应力研究的院士,也被誉为中国的“预应力大师”。从青葱少年到银发老人,他数十年如一日奋斗在科研、育人、工程项目一线,硕果累累,此前却从没在该领域牵头去申报过国家奖。他心心念念的只有一件事,那就是“让中国成为世界预应力的中心”、把中国从“预应力大国”转变成为“预应力强国”。

 攻难克艰 力求突破

预应力是重大土木工程建设的核心技术,可节约钢材和混凝土用量20-30%,并且可以大大提高材料的安全系数和使用寿命。自上世纪90年代以来,我国工程建设规模举世瞩目,大跨、超长、重载与特种结构以及核电、磁悬浮等高新技术工程,对现代预应力技术提出了前所未有的挑战。吕院士带领他的预应力“梦之队”多年孜孜不倦、宵旰攻苦,致力于解决这些难题。每一次理论的创新、技术的突破、成果的推广、奖项的获得,都让吕院士离他的心愿更近了一步。

吕院士说,项目获奖关键是实现了多项技术突破以及成果转化。以苏通大桥辅航道桥为例,提起世界第二大跨径的斜拉桥苏通长江大桥众所周知,但知道苏通大桥辅航道桥的人却并不多。实际上,该桥主跨268m,是国内第二大跨、世界第五大跨连续刚构,其设计建造难度不亚于苏通大桥主桥。

2002年,苏通大桥辅航道桥的建设单位和设计单位找到吕志涛团队,希望他们提供设计方案,这给团队一个极大的挑战。因为像苏通大桥辅航道桥这样的预应力混凝土刚架桥,材料的开裂、下挠是世界级难题。1996年,作为同类桥梁的帕劳共和国K-B桥就由于主跨长期下挠、开裂而轰然倒塌。吕院士带领团队课题组研讨,着重解决由于材料长期收缩徐变导致高强混凝土开裂问题,创造性地提出了材料、构件、结构三层次实验方法,并在江苏仪征建立了大型实验基地。在实验中,团队成员将荷载持续加到结构上,每天通过仪器观察其细小变化,这种变化一年还不足10厘米,一天的最大变化值也不到0.1毫米。经过960个日夜的细心观测,吕院士团队创新提出了“合理成桥状态的设计方法”,并与担负设计任务的中交公路规划设计院有限公司张喜刚反复讨论,最终定下方案。

苏通大桥辅航道桥自2008年通车至今,桥梁没有明显裂缝,变形只有同类桥梁的三分之一。相关创新技术在国内外同类新建大跨PC梁桥中得到推广应用,仅主跨超过150m的就多达20余座,如塞尔维亚泽蒙大桥(主跨172m)、贵州北盘江特大桥(主跨220m)等。

除了苏通大桥,世界第五代体育建筑的代表、2008年前中国最大的体育场——南京奥体中心在设计、建造过程中,也凝结着吕院士团队的智慧。奥体中心一场四馆,包括一个巨大的、外围轴达1350 米的超大面积的环形平台,吕院士团队通过预应力的技术很好地解决了建筑方要求的不设缝问题。如今近十年过去,平台不开裂、不渗漏,依然状态良好。

多年来,吕院士和团队的身影,出现在很多像苏通大桥辅航道桥、南京奥体中心这样的大型建筑的设计和建造过程中,春秋冬夏、风雨无阻。

理论创新 打破垄断

要实现把中国建成世界预应力中心的梦想,仅有埋头苦干的实践是不够的,除了在技术上有所突破,还必须要开创新的理论和标准体系。吕院士率领团队围绕这个领域,持续投入大量的人力和物力,目标就是要解决基础理论问题。他认为,要把世界预应力的中心转向中国,“没有理论的创新是不行的”。吕院士说:“我们开创的理论体系纳入国家的规范和规程,不仅自己运用,还要推广到全国甚至国际上。这样设计院才能设计、施工单位才能对照着去做。我们只是把它开拓出来,但是真正要推广还是要通过更多的人和单位。”

此次项目获奖,另一个重要原因便是实现了理论的创新。项目建立了我国现代预应力混凝土结构的设计计算理论与标准体系,系统地建立了设计计算理论体系(专著《现代预应力结构体系与设计方法》获国家“三个一百”原创图书);在国际上首次提出力流模型设计理论,解决了应力扰动区设计等难题;主参编10余部有关预应力设计的国家标准,其中不乏像我国第一部《预应力混凝土结构抗震设计规程》等具有重要意义的技术标准。

这些理论体系都是团队多年来经过实验以及工程实践得来,不仅为团队今后的技术研发及应用提供了坚实基础,更是成为国际上整个预应力行业的理论范本。

在此之前,在核电、LNG等能源结构预应力系统方面,欧美国家长期对我国实行技术保密;核电安全壳以及LNG超低温领域的预应力产品也被欧美垄断。吕志涛院士带领团队,一步一步脚踏实地,实现了系统和产品的国产化、产业化,打破了欧美垄断。大家心里都有着共同的目标:将预应力中心从欧美转向中国,让中国成为世界预应力的中心!

群贤集聚 薪火相传

如今的吕院士已年近耄耋,但是他有一支优秀的“接班人”队伍。他先后培养了120多名博士、硕士研究生和10多名访问学者,可谓桃李遍天下。这些“接班人”不仅从吕院士那里汲取了预应力相关的知识,而且传承了吕院士不断创新的精神,更延续了他“让中国成为世界预应力的中心”的宏愿。他带过的学生、他学生的学生,都已经或者正在成为预应力技术创新与应用的领军人物。如,学生夏祖明现在是世界著名预应力公司VSL(全球最大预应力产品制造公司之一)美国区技术负责人、美国ACI-ASCE预应力委员会委员;学生戴雅萍现任苏州设计研究院股份有限公司董事长、全国人大代表;而同济大学薛伟辰,长江学者、哈尔滨工业大学郑文忠,浙江大学赵羽习等均成为所在高校预应力学科的带头人或骨干;中国建筑科学研究院的冯大斌、中冶建筑研究院的曾滨是全国两大预应力学会的主要负责人;学生孟少平、冯健、刘钊、吴京等,现在都是东南大学预应力团队的中流砥柱。更让人所称道的是,吕院士的女儿在16岁的时候就考取了东南大学,如今也从事预应力相关工作。可谓箕裘不坠,薪火相传。

此次获奖项目以东南大学牵头,共有15位完成人、8家完成单位,但其实都有很深的东大“烙印”:15个项目完成人中有12人是东大的毕业生或老师,大部分也是吕院士教过或指导过的学生;完成单位中,中国建筑股份有限公司、中交公路规划设计院有限公司、柳州欧维姆机械股份有限公司等都与东南大学有着十几年甚至数十年的友好合作。

这个项目就是数家单位多年合作、围绕着同一个目标共同攻坚克难的成果。作为团队的“领头羊”,吕院士以身作则,他的人格魅力和勤奋刻苦都深深地影响了每一个团队成员。他曾在一次博士生开学典礼发言时勉励大家“立好志、勤奋学、创新干”。他还说过,“每天只工作8小时,当不了科学家。”项目团队成员受吕院士感染,也都十分刻苦。项目完成人之一的王景全老师说,团队成员的共同特点是非常注重理论与实践的结合,经常下到工程建设的第一线,如郭正兴教授一年甚至有一半的时间都在工程建设一线,东大预应力施工方向开拓者杨宗放教授年过八十还常去工地。而体质本身就弱的吕院士本人更是常年累月带病工作,甚至曾拄着双拐去工地。

执于此念 白首不渝

这份“执念”源于什么呢?用吕院士的话说,他与预应力“特别有缘”。可以说,他的学术生涯伴随着我国预应力技术的成长而发展。1956年,我国预应力前辈杜拱辰、程庆国和徐百川教授开始从欧洲引进预应力知识和技术。同年,吕志涛进入南京工学院(现东南大学)土木工程系学习。从此,他就与预应力结下了一生的“不解之缘”。1965年硕士毕业后,他留在了徐百川教授的研究组继续从事预应力教学科研工作。1997年,吕志涛以其在预应力领域的突出贡献,被评为中国工程院院士。

在吕院士的带领下,经过近六十年的筚路蓝缕,如今的东南大学预应力学科可说是中国预应力领域的一面“旗帜”。早在1984年,东南大学就产、学、研联合组建了华东预应力技术联合开发中心;2000年,成立了我国唯一以预应力命名的教育部重点实验室———混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室;2011年,成立国家预应力工程技术研究中心,这也是土木领域首个设在高校的国家工程技术中心,吕院士说,这是对东大预应力团队的肯定,希望我们能够依托此平台为我国预应力科技的发展做出更大的贡献。

包括苏通大桥的技术推广在内,该获奖项目的成果直接应用于日本、捷克、加拿大等20多个国家的一百多项重大工程,创造了20余项全国或世界纪录,近三年直接经济效益41亿元。例如我们所熟悉的国家体育馆看台(超大PC工程)、国家游泳中心“水立方”(大面积顶板)、上海浦东国际机场航站楼等建筑结构,都直接或间接地运用了团队所研发的技术,这些研究成果总体达到国际领先水平。

现在,吕院士的身体已大不如前,需要经常去医院疗养。但是即便在病房中,他也没有停止对预应力的热爱。此次奖项的申报,大到与合作单位的组织协调,小到每一页PPT的制作、修改,吕院士都参与其中。而获奖之后,吕院士以及团队成员思考得最多的,依然是如何让中国预应力的地位在国际上更上一个台阶。他说,团队目前正在筹备一本与预应力相关的工具书,希望大家遇到预应力相关的问题,都可以从这本书中找到答案。

为了预应力的发展,为了“让中国成为世界预应力的中心”的梦想,吕志涛院士带领着他的预应力“梦之队”依然兢兢业业,执于此念、白首不渝。