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張宇峰:現代科技為橋梁安全保駕護航
2019-12-03  


  2002年,張宇峰從東南大學博士畢業進入江蘇省交通科學研究院(蘇交科集團股份有限公司),致力于橋梁施工控制、無損檢測、健康監測與狀態評估等科研與技術工作,并開創了該院施工控制和健康監測兩大技術方向。

  何為施工控制?張宇峰介紹,由于實際施工現場和理論設計上的差異,施工監控要在現場對結構的應力應變、變形、索力等進行測試,在仿真模型中進行計算和分析并不斷修正,使仿真模型接近施工現場的實際情況,并預測下一個階段會達到的狀態,施工單位就可以據此施工,保證與設計基本保持一致。張宇峰主持了50多座大橋的施工控制工作,其中最大的斜拉橋主跨450米,最大的懸索橋主跨760米。“如果施工中的監測沒做好,就相當于這座橋梁‘出生’的時候就是不健康的,使用中會產生一系列問題。”張宇峰打比方說。

  一座橋梁健康“出生”以后,還需要定期對橋梁進行檢測,讓檢測工作智能化則一直是張宇峰和團隊努力的方向。斜拉索橋或懸索橋的吊桿里面有沒有銹蝕或斷絲,涉及到橋梁的安全,用“開膛破肚”的方法進行檢測,對索體會有損傷;漏磁檢測法則只能分段測,速度慢,設備重。張宇峰率領團隊與華中科技大學聯合開發出磁致伸縮導波法,通過大量的試驗,開發的設備能達到單次探測20米時精度到探測1.6%截面損失率的水平,且與漏磁檢測法相比,速度提升了20倍以上。

  對一座橋是否可以安全使用做出評價,除了目視檢查、無損檢測外,目前最終的評價是荷載試驗。做荷載試驗時要封橋,并按設計規范計算橋上最多能上多少輛車,將車分批按照設計時最不利的位置停放到位,費時費力,代價高。如2014年江陰大橋進行荷載試驗,動用了56輛重型卡車和上百人,中斷了兩個晚上的交通,卻只能檢測四個工況。張宇峰及團隊通過近10年的努力,提出了準靜態試驗法,只需要一輛卡車,沿橋緩速行駛,車上的測試設備與橋上的裝置同步關聯,將應變或位移影響線標出來,分析結果就可以對整個橋梁狀況做評價,以此再建立虛擬橋梁模型,做虛擬荷載試驗。如果在虛擬試驗里檢測合格,就可以不用再做實際的荷載試驗。從目前的應用成果來看,這種方法讓交通中斷時間從8小時以上縮短為半小時以內,且試驗成本只需傳統荷載試驗的二分之一甚至三分之一。

  為了及時準確地知道橋梁的健康狀態,張宇峰和團隊給橋梁裝上了“神經系統”,“這是一套傳感器。”他解釋說。利用這套系統可以及早發現橋梁一些大的問題,也可以對出現的問題進行持續跟蹤觀測。在此基礎上,張宇峰構建了長大橋梁健康監測系統設計、實施、質量檢驗評價與維護標準體系;建立了融合多功能的大型橋梁健康監測系統,首次實現了對系統自身狀態評定;建立了纜索體系橋梁完備的安全預警指標體系以及預警閾值標準。這些成果應用于包括13座長江大橋在內的70余座大橋,并在特殊事件安全報警及指導科學養護維修方面起到了重要作用。相關成果在2013年獲得了國家科技進步二等獎,2017年獲得國家技術發明二等獎。目前南京所有跨江大橋都已安裝這套“神經系統”。

  張宇峰帶領著團隊還相繼主持了“大型橋梁結構健康監測系統自身狀態評估技術研究”、“西部大型橋隧結構物分布式安全監測和災變預警系統的研究與開發”等30余項重大科研項目;他在2015年組建了國家科技部“在役長大橋梁安全與健康國家重點實驗室”,2017年所帶團隊榮獲交通運輸部“重點領域創新團隊”稱號,目前是國際上千米級橋梁健康監測業績最豐富的團隊,并以所開發的廣域結構群物聯網監測技術為核心,組建了全國第一個區域橋梁群健康監測平臺——江蘇省長大橋梁健康監測數據中心,大大提升了橋梁群的服役安全與有效管養水平。



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