川觀新聞記者 蘭珍 李志強 攝像
一座懸索橋（吊橋）跨度最大可以建多長？最高抗風是多少？近日，在四川省科學技術(shù)獎勵大會上，西南交通大學教授馬存明主創(chuàng)完成的“2000米級超大跨懸索橋抗風防災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用”項目榮獲四川省科技進步獎一等獎。記者從采訪中了解到，該項目攻克了超大跨懸索橋抗風核心技術(shù)難題，為大跨度橋梁建設(shè)提供了重要技術(shù)支撐。
近年來，隨著環(huán)保、經(jīng)濟性要求不斷提高，橋梁工程技術(shù)難度呈指數(shù)級增長。一跨過江的懸索橋因其對環(huán)境影響小、通航適應(yīng)性好，成為建設(shè)跨越大江大河橋型的最佳選擇。一般而言，中小跨徑橋梁以抗震為核心，而大跨度橋梁面臨的首要挑戰(zhàn)則是抗風。而跨度一旦趨近2000米，就意味著工程難度邁入全新量級。
已建成的懸索橋中，跨度多在1000米級，如雅康高速上的大渡河大橋，主跨為1100米。1998年，日本明石海峽大橋建成通車，其主跨達到1991米。此后二十余年，全球懸索橋跨度始終未能突破2000米大關(guān)。
瀘沽湖特大橋（主跨1680m）風洞試驗，該橋是世界上跨度最大的山區(qū)橋梁。受訪者供圖
“建設(shè)2000米級超大跨懸索橋，投資動輒約百億元，抗風防災(zāi)是決定成敗的關(guān)鍵。”馬存明表示，“必須在設(shè)計之初，就要對橋梁的抗風性能作出準確判斷。”其中，最致命、最不可預測的則是危及安全的顫振問題——跨度越大、橋體越柔，對風的作用就越敏感。突破2000米跨度，意味著必須設(shè)計出能夠抵抗強風的橋面斷面和抗風措施，其對理論分析和風洞試驗的要求極高。
這類大橋需同時解決兩類問題：一是在極端大風下的抗風安全，即保證橋梁在極端大風下不會發(fā)生斷裂或垮塌；二是在日常風速下的振動控制，不會有“蕩秋千”情況，以免晃動影響行車安全與舒適。
馬存明自博士階段起就跟從導師廖海黎教授研究大跨橋梁抗風分析理論、風洞試驗技術(shù)和抗風提升措施。二十余年來，研究團隊通過創(chuàng)新計算理論與試驗方法，系統(tǒng)掌握了2000米級懸索橋的極限抗風能力及優(yōu)化措施，實現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)突破，“我們摸清了2000米級懸索橋的抗風臨界點，以及增強抗風性的方法。”
如何實現(xiàn)檢測并達到理想效果？關(guān)鍵依托在于西南交通大學建設(shè)的世界一流的風洞實驗室。馬存明解釋，在風洞實驗室內(nèi)，可以把2000米級懸索橋等比例縮小，進行極端環(huán)境模擬測試。
據(jù)介紹，西南交通大學“XNJD-3風洞”，是目前世界最大的邊界層風洞，試驗段尺寸為22.5米（寬）×4.5米（高）×36米（長），斷面尺寸居世界第一，主要技術(shù)指標均達到世界先進水平。
在此基礎(chǔ)上，研究團隊創(chuàng)造性地提出了超大跨度橋梁剛度模擬技術(shù)和梁段一體化成型氣動模擬技術(shù)，顯著增強了橋梁風洞試驗的技術(shù)水平，保障了實驗精度，并提出了適用于2000米級懸索橋的抗風措施。“目前，2000米級懸索橋至少可以抵抗17級大風！”馬存明說。這種風速堪比超強龍卷風，足以將樹木連根拔起，汽車、火車都可能被掀翻。
隨著理論、試驗與工程技術(shù)的協(xié)同進步，2000米級懸索橋的建設(shè)已成為現(xiàn)實。目前，世界上已建成最大跨度懸索橋是土耳其1915恰納卡萊大橋，于2022年建成通車，其主跨達2023米，在建橋史上首次突破2000米大關(guān)。馬存明團隊承擔了該橋的抗風性能驗證工作，為其建設(shè)提供了關(guān)鍵科學依據(jù)。
土耳其恰納卡萊大橋（主跨2023米）風洞試驗。受訪者供圖
國內(nèi)也在加速推進此類超級工程。當前我國正在建設(shè)的2000米級懸索橋共有4座。其中，張靖皋長江大橋主跨2300米，是中國首座主跨超2000米的懸索橋，推動我國橋梁主跨達到2300米的世界新標桿；廣東獅子洋大橋主跨2180米，更成為世界首座超2000米雙層懸索橋。這些重大項目的抗風研究，均出自馬存明所在的課題組。
“我們不僅系統(tǒng)掌握了2000米級懸索橋的抗風能力，還發(fā)展出適用性廣泛的抗風技術(shù)體系，未來國內(nèi)此類大橋會越來越多。”馬存明表示，目前中國在大跨度懸索橋抗風技術(shù)領(lǐng)域已躋身世界領(lǐng)先水平。
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以后暴雨大風天，超大橋也不用封路，急救車能更快到目的地
馬存明團隊研究 20 多年，肯定做了無數(shù)次試驗，這種韌勁太難得
瀘沽湖大橋用這技術(shù)，自駕游客再也不用怕山區(qū)陣風影響駕駛
風洞實驗室能模擬海上大風，以后建跨海大橋也能用上這技術(shù)
朋友在物流行業(yè)，說超大橋抗風好，貨車運輸時效能穩(wěn)定不少
這技術(shù)讓中國橋梁技術(shù)成國際標桿，以后國外建橋得參考咱們標準