當地震來臨時，橋梁能否扛得??？可以先在橋梁工程結構動力學國家重點實驗室做個試驗。

　　結構動力學，是研究結構在動力荷載作用下振動問題的力學分支，包含材料性能的測定、結構動力相似模型的研究、結構固有（自由）振動參量的測定、振動環(huán)境試驗等研究課題，是大型項目建設必要測試過程和方法中的基礎性學科。橋梁工程結構動力學國家重點實驗室就是專門致力于橋梁結構抗震基礎理論與應用技術、橋梁結構振動基礎理論與振動控制技術、橋梁工程建設與運營安全監(jiān)控檢測技術等方面研究的實驗室，參與了我國眾多橋梁的設計和抗震研究工作。世界最長的跨海大橋——港珠澳大橋，當時亞洲最大的山區(qū)懸索橋——云南龍江大橋等諸多大型橋梁的抗震試驗，都是在這個實驗室完成的。

　　日前，記者走進橋梁工程結構動力學國家重點實驗室，去探尋撐起大橋“鐵骨鋼脊”的秘密。

　　橋梁抗震試驗系統(tǒng)臺陣工作模式及軌道移動方式均屬世界首創(chuàng)

　　能模擬汶川地震峰值加速度三倍強度的地震

　　橋梁工程結構動力學國家重點實驗室位于招商局重慶交通科研設計院一棟不起眼的樓房里。

　　記者看到，約五層樓高的試驗大廳一側，矗立著一個“大家伙”：地上一個長方形“巨坑”長約36米，坑里有2個長方形臺面，臺面四周有空隙，隱藏著4個藍色的“杠桿”，即加載用的伺服液壓作動器，“杠桿”上的“螺絲”足有手掌大。

　　這個“大家伙”就是世界上首個軌道移動式雙臺陣地震模擬振動臺試驗系統(tǒng)。

　　據實驗室主任唐光武介紹，大型橋梁使用年限基本上是按照百年設計，這就要求其首先得過“抗震”這一關。該臺陣系統(tǒng)的作用正是模擬地震波，通過模擬地震來臨時的情景，找出橋梁在結構設計上的薄弱點。

　　我國眾多科研項目和橋梁抗震試驗，就是在這里完成的。比如，港珠澳大橋的隔震橋梁振動臺試驗、非通航孔支座性能抗震模擬試驗、大型高阻尼隔震支座試驗、大型鉛芯隔震支座試驗等抗震試驗，就是借助這個“大家伙”開展的。

　　據了解，該系統(tǒng)的臺陣工作模式及軌道移動方式均屬世界首創(chuàng)。“臺陣”是指放置測試模型的機械臺面。“雙臺陣”就是該機械臺面有兩個。測試時，工程師會按一定縮尺比例設計橋梁模型，在臺陣上輸入地震波外力來測試模型的振動狀態(tài)。“傳統(tǒng)抗震測試采用單臺面。單臺面用來測試按比例縮小的房屋等矩形模型比較方便，但用在橋梁測試上就有很大局限。”唐光武介紹，通常，一座橋長數百米、寬幾十米，如果放在單臺面測試，模型就會做得很小，既不利于制作，測試數據也不夠準確。

　　實驗室創(chuàng)新研發(fā)出軌道移動式雙臺陣地震模擬振動臺試驗系統(tǒng)，單個臺面尺寸為3×6米，一個臺面位置固定，一個臺面可移動，每個臺面自重20噸，可承載最重達70噸的橋梁模型，通過周圍和底部的“杠桿”即伺服液壓作動器協(xié)同工作，模擬地震帶來的破壞力。不同跨度的橋梁，可以通過調整兩個臺面之間的間距，來制作合適尺寸的測試模型。此外，兩個臺面還可以模擬3軸向6個自由度的多維多點地震波復雜環(huán)境，讓測試數據更準確。

　　軌道移動式雙臺陣地震模擬振動臺試驗系統(tǒng)的誕生，讓大跨度結構的橋梁抗震試驗和多維多點地震模擬試驗成為可能。

　　那它能模擬多大強度的地震呢？唐光武說，汶川地震峰值的加速度約為1g，而臺面最大加速度可以達到3g。

　　千米級跨徑大橋索纜試驗系統(tǒng)最大加載能力6000噸

　　加載能力和試驗效率在國際上處于領先地位

　　在試驗大廳另一側，擺放著大型索纜靜載與拉彎耦合疲勞試驗系統(tǒng)。“這個設備主要用來測試橋梁用索纜的受力強度，通俗說，就是看橋梁索纜結不結實。”唐光武說，該系統(tǒng)的誕生還得從當時世界最大跨徑的千米級斜拉橋——蘇通大橋說起。

　　蘇通大橋建設時，大橋建設指揮部找到實驗室，希望能夠完成大橋索纜靜載與拉彎耦合疲勞試驗，而這也正是國家重點研發(fā)計劃項目的研究內容之一。

　　“蘇通大橋主跨跨徑1088米，索纜靜載試驗要求加載能力達到2000多噸，疲勞試驗加載能力也要達到1000多噸，實驗室當時的條件遠遠不能滿足試驗要求。”回憶起當時的情況，唐光武記憶猶新，“當時實驗室的索纜靜載試驗能力只有1200噸，疲勞試驗能力只有240噸。”

　　在原有試驗作動器結構基礎上，實驗室加強科研攻關，研制出了雙向雙束、動靜載分離的3000噸級大型索纜靜載與拉彎耦合疲勞試驗系統(tǒng)，并獲得國家發(fā)明專利。

　　據介紹，在此之前，實驗室只能做按比例縮小之后的索纜疲勞試驗。該系統(tǒng)誕生后，則可以進行1∶1原型索纜試驗，最大加載能力達到3000噸。

　　“新系統(tǒng)大幅提升了裝備的試驗能力和試驗效率，其在該領域的試驗能力一舉躍升為世界最強，使我國具備了完成跨徑千米級斜拉橋拉索靜載和疲勞足尺試驗的能力。”唐光武介紹，以前做一次索纜疲勞試驗約需要十秒或數十秒，一根索要做超百萬次試驗，耗時超半年。如今，新系統(tǒng)1秒可以做多次，且可雙索同時進行，不到一個月就能做完兩根索的疲勞試驗。

　　隨著我國千米級跨徑大橋和公鐵兩用橋的增多，實驗室又研發(fā)了加載能力更大的索纜試驗系統(tǒng)，為跨度更大的斜拉索橋提供更有保障的技術支撐。

　　“最大加載能力可達6000噸。”唐光武說，科研人員對設備構造等進行了優(yōu)化，進一步提高了試驗效率。該系統(tǒng)就在3000噸試驗系統(tǒng)旁邊，外形與3000噸試驗系統(tǒng)相似，但體積更大，長度達16米，重超300噸。“目前該系統(tǒng)的加載能力和試驗效率在國際上處于領先地位。”

　　記者了解到，實驗室已為蘇通大橋、武漢天興洲大橋、青島海灣大橋、湖南矮寨大橋和廈漳跨海大橋等近百座特大橋提供了相應的測試，為981海洋鉆井平臺錨鏈系統(tǒng)提供了試驗服務。

　　機器人智能橋檢系統(tǒng)裝備“上崗”試用

　　多機器人協(xié)同作業(yè)破解大跨度橋梁管養(yǎng)難題

　　8月3日，工作人員來到重慶市牛角沱嘉陵江大橋下，將一個箱形模樣的設備放入水中，對水下橋墩和基礎進行檢測。

　　研究員陳斌介紹：“這是該實驗室參與研發(fā)的橋梁水下結構檢測機器人首次‘上崗’試用，通過機器人實時傳送到智能檢測平臺的檢測畫面，成功進行了水中低能見度條件下的結構表觀病害檢測。”

　　這是該實驗室針對大跨度橋梁研發(fā)的機器人智能橋檢系統(tǒng)裝備中的一種。

　　據介紹，在現(xiàn)代橋梁管養(yǎng)中，人工橋檢手段面對高空、深水、寬幅、結構復雜的大跨度橋梁時，存在檢測難度大、效率低、盲區(qū)多等難題。而普通橋檢機器人也在一定程度上存在自主性差、環(huán)境適應性低、跨機器人集成度弱等問題。

　　為解決現(xiàn)有人工橋檢和普通機器人橋檢存在的不足，全面提升我國大跨度橋梁的運營安全和檢測智能化水平，實驗室研發(fā)了機器人智能橋檢系統(tǒng)裝備——大跨度橋梁檢測作業(yè)機器人。

　　“包含多款橋檢特種機器人和一個集成控制評估移動平臺，可針對橋梁表面關鍵部位損傷進行多機器人協(xié)同下的高效初檢、全面詳檢、數據分析、損傷評估一體化服務。目前正處于成熟度測試及應用驗證階段。”提及此，陳斌打開了話匣子。

　　經過研究團隊兩年半努力，機器人智能橋檢系統(tǒng)裝備已初步實現(xiàn)指揮車與多款檢測機器人的協(xié)同工作。除在牛角沱嘉陵江大橋“上崗”的橋梁水下結構檢測機器人外，拉索檢測機器人、爬壁檢測機器人、橋檢無人機等也分別在重慶多座大橋“上崗”試用。

　　機器人智能橋檢系統(tǒng)裝備投用后將帶來哪些變化？據介紹，不僅可以直達常規(guī)手段難以觸及的區(qū)域，如橋梁主塔部分，方便檢測單位、管理部門全面掌握橋梁運行狀況，而且還可提高檢測效率、降低檢測成本。

　　陳斌算了一筆賬：根據2021年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報，2021年末全國公路橋梁96.11萬座，其中特大橋梁7417座。如果采用大跨度橋梁檢測作業(yè)機器人檢測，每座橋梁的檢測費用預計可節(jié)省40%，檢測效率可提高1倍。“節(jié)約的成本十分可觀。”

　　據介紹，隨著研究深度的不斷拓展，實驗室在橋梁結構抗震基礎理論與應用技術、橋梁結構振動基礎理論與振動控制技術、橋梁工程建設與運營安全監(jiān)控檢測技術等方面，得到長足發(fā)展。

　　近年來，在橋梁健康監(jiān)測和橋梁防撞等領域也有了新突破。比如，研發(fā)了國內首套基于云平臺的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，具有部署效率高、成本低等特點，可用于我國量大面廣的中小跨徑橋梁的健康監(jiān)測。目前，我國已有近200座橋梁搭載了這一健康監(jiān)測系統(tǒng)。實驗室科研團隊還為國內不少橋梁設計、制造和安裝了防撞系統(tǒng)，港珠澳大橋橋梁主動防撞系統(tǒng)經實驗室科研團隊安裝調試，如今已投入應用。

　　“我們的主業(yè)雖然是橋梁，但事實上涉及整個土木工程領域，為我國核電行業(yè)、特高壓輸變電行業(yè)、高鐵行業(yè)、建筑行業(yè)和石油行業(yè)等提供技術咨詢服務等，為我國重大工程建設項目提供重要科技支撐和技術保障。”唐光武說。（記者 喬子軒 通訊員 孫曉燕 舒永兵）