在主跨超千米的滬蘇通長江公鐵大橋上,432個“機械臂”支撐著每根斜拉索,拉索高處還固定著204個形似音錘的鋼構(gòu)件,如同五線譜上的休止符,防止斜拉索出現(xiàn)異常振動。這些“武漢造”減振神器由中鐵橋研科技有限公司聯(lián)合橋梁結(jié)構(gòu)健康與安全國家重點實驗室共同研發(fā),學名為超長斜拉索多模態(tài)振動協(xié)同阻尼技術(shù),已在滬蘇通長江公鐵大橋應用兩年半,發(fā)揮了良好的減振作用,可為橋梁運營方減少數(shù)千萬元的維護成本。
滬蘇通長江公鐵大橋上安裝了432套電渦流杠桿質(zhì)量阻尼器。通訊員付麗 攝
滬蘇通長江公鐵大橋是世界首座超長跨度的公鐵兩用斜拉橋,其最長斜拉索長度為576米。“拉索越長,越容易出現(xiàn)振動,損傷后更換的代價也越大。”中鐵橋研科技有限公司減隔振事業(yè)部負責人李東超告訴長江日報記者,橋梁拉索在自然環(huán)境中會產(chǎn)生4種有害振動。其中,風雨對拉索造成的振動幅度、頻率和危害最大。5級風力能讓一根長500米以上、重約100噸的橋梁鋼索上下抖動幅度達20厘米,嚴重危害鋼索的壽命。
2020年6月,滬蘇通長江公鐵大橋開通時,專門安裝了600余套電渦流杠桿質(zhì)量阻尼器和減振錘,通過兩種阻尼器協(xié)同作用,防止鋼索在風雨中發(fā)生低中高階振動,從而保護拉索內(nèi)部鋼絲斷裂銹蝕。其中,電渦流杠桿質(zhì)量阻尼器使用的是銅和鋁等普通金屬材料,由磁鐵和渦流板組合而成,成本大幅降低。一套阻尼器重約300千克,跟兩臺電腦主機差不多大,安裝在橋面以上5米的地方,不影響橋梁外觀。
“一般橋梁斜拉索的服役期限可達到20年以上。按照行業(yè)規(guī)范,橋梁拉索的振幅小于其長度的1/1700,可認為不影響拉索壽命。如果拉索長期異常振動,則會縮短至少5年的服役時間。”李東超告訴記者,一座超長斜拉索橋有數(shù)百根鋼索,每根鋼索的造價在400萬元左右。安裝多模態(tài)振動協(xié)同阻尼器后,橋梁維護成本可減少數(shù)千萬元。
2006年,位于硚口區(qū)的中鐵大橋科學研究院成立新技術(shù)研究所,即橋梁結(jié)構(gòu)健康與安全國家重點實驗室第三研究所的前身,專門研發(fā)橋梁維護保養(yǎng)領(lǐng)域的新技術(shù)。
2010年,中鐵橋研科技有限公司將研發(fā)的初代阻尼器應用于湖北荊岳長江大橋。這座大橋主跨長度為816米、最大拉索長440余米,產(chǎn)生的大多是低階振動。當時,每根拉索安裝了一個阻尼器,至今仍表現(xiàn)良好。
隨著國內(nèi)斜拉橋的跨度和拉索長度增加,橋梁振動覆蓋低中高階,對阻尼技術(shù)也提出了更高要求。2019年,中鐵橋研科技公司組建減隔振事業(yè)部,李東超帶領(lǐng)一支十余人的隊伍專門攻關(guān)減振技術(shù)。
黨的二十大報告提出,必須堅持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力,深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略,開辟發(fā)展新領(lǐng)域新賽道,不斷塑造發(fā)展新動能新優(yōu)勢。
“16年來,橋研科技公司和國重實驗室協(xié)同攻關(guān),研發(fā)團隊從最初的3人擴充至近20人,其中碩士、博士占比80%。我們不斷突破技術(shù)難點,研發(fā)出第五代超長斜拉索多模態(tài)振動協(xié)同阻尼技術(shù),能夠消除超長斜拉索九成以上振動,達到國際領(lǐng)先水平。”中鐵橋研科技有限公司總經(jīng)理鐘繼衛(wèi)表示,將依托國家重點實驗室不斷開拓橋梁保養(yǎng)維護的新領(lǐng)域,借助建橋國家隊的產(chǎn)業(yè)聚合能力,加快培養(yǎng)一批科技人才,堅定地走產(chǎn)學研一體化發(fā)展道路。(長江日報記者萬凌 通訊員李放軍 付麗)