宁波,地处东海之滨,向海而兴;
宁大,则立于这座城,正借“桥”越向更广阔的海——
湛江海湾大桥、象山港大桥、梅山红桥、蛇蟠水道大桥、舟山响门礁大桥、平潭岛跨海大桥、力洋港跨海大桥、港珠澳大桥……
一座座耳熟能详的跨海大桥背后,贯穿着共通点:宁大研发的大型桥梁柔性防船撞技术与装备。
大桥防撞,是世界级难题。在破解之法上,“宁大智慧”为何能总体处于国际领先水平?
延长时间轴,可说是缘于一场延续30年、不断自主创新的“接力跑”。
以柔克刚,理念付诸实践
从湛江跨海大桥起步
湛江海湾大桥,为广东第一跨海大桥。
2007年7月,已应用在大桥主桥墩上的“双浮体式桥墩防撞装置”正式通过验收。该装备的优势,是桥梁在遭到船舶撞击时能做到“小撞不坏、中撞可修、大撞不倒”。
这,也是“刚柔匹配导向的桥墩防船撞技术”理念转变后的初次正式实践,并且,成功了。
提出“以柔克刚”来卸船撞桥冲击力理念的人,是王礼立,宁波大学首届副校长和第二届第一副校长,也是我国爆炸力学和冲击动力学开拓者之一、国家自然科学奖二等奖获得者(一等奖空缺)。
2002年,在上海海洋钢结构研究所任职的好友陈国虞找到他,共同探讨桥墩防护新设计。王礼立知道,自己10年来潜心研究的应力波理论有了实践的机会。
船撞桥,从“硬碰硬”到桥不坏、船不坏、装置不坏,是他的研究目标。
“即使撞上,也能大幅降低船撞力,差不多降低40%-80%。”
两人分带团队,在沪甬两地,同步做实验,只为“颠覆”现有防撞技术的传统认知。
“数次小型实验、数字模拟计算、工程图画定……宁大力学与材料科学研究中心里,我和团队成员都在验证着方案的可行性。”年近90岁的冲击动力学科学家,提起20多年前的科研事,记忆犹新。
接下来的两年,他们通过应力波基础理论推导得到船撞力,合力完成了大型桥梁“柔性防护”设计。
这份原始性的创新方案,被选中,首次应用于湛江跨海大桥。
身披“幕后者”的身份,“宁大智慧”初次登台。
随着技术研发的深入,多座桥梁的防撞装置上浸润了宁大力学人的智慧与汗水,累计节约工程造价投资近4亿元。其中,宁波象山港公路大桥主桥防撞装置,可以抵抗50000DWT船舶,航速7节的撞击。服役10多来年,已承受多次船舶的撞击,有效保护了各方的安全。
柔性拦阻,船舶无损
在平潭岛跨海大桥“装定”
如果说,通航孔刚柔匹配导向桥墩防船撞技术,宛如给大桥桥墩穿上一件厚实的“铠甲”,那么,用于非通航桥梁的自适应恒阻力拉阻技术,就好比给桥梁建了一张“拦截网”。
福州平潭海峡大桥,就拥有这样一张网。
一旦有船舶撞击,装置会利用船撞力产生结构浮态自动瞬时变换,自适应浮筒翻转后,拦阻网会“柔性”包裹船舶,阻止其从阻拦装置上越过。
站在桥边,远远望去,可见拦阻装置卧于水面,风浪来袭,也是稳稳漂浮在既有位置上,“守护”着非通航桥梁段。
这份守护的设计者,是宁波大学机械工程与力学学院杨黎明教授和他带领的团队。
从新加坡回国后,杨黎明选择在宁大,接下大桥防船撞技术的接力棒。
2010年,杨黎明团队着手福州平潭海峡大桥引桥抗船舶撞击防护体系设计。
“拦得住,停得稳,桥梁、船舶、环境都得护住。”
历经5年,实船实桥拦阻试验下成果初现,技术革新的内核依旧是柔,是保护。
如今,该技术被应用于平潭海峡大桥、响礁门大桥等多座桥梁以及湘江蔡家洲水坝节约工程造价约3.3亿元。
“有效地保护了桥梁和船舶安全,社会效益和经济效益显著,具有重大的推广应用价值,研究成果总体上达到国际领先水平。”是秦顺全院士、王仁贵设计大师等专家对这项科学技术成果鉴定的评价。
“宁大智慧”,再次被肯定出圈。
防撞装置,安上了“智慧大脑”
于港珠澳大桥待“腾飞”
55千米,是港珠澳大桥的全长,“彰显”着它世界最长桥梁的身份;
8年,是宁波大学和港珠澳大桥管理局在防船撞方面保持密切合作的时间;
大桥防船撞技术,是“宁大智慧”牵手港珠澳大桥的“红绳”。
“去年底,双方签订战略合作协议,在桥梁防船撞安全领域开展合作,牵头承担船舶拦阻新技术研究。”港珠澳大桥管理局第一次与高等学府签署全方位战略合作协议,令王永刚教授动力满满。
大桥防撞的“智慧”接力棒交到他手里,沉重又有力。
而他,也将技术升级,从被动阻拦到主动识别“出击”。
“2.0版本的智能潜浮式船舶拦阻新技术与装备,能识别危险船舶,主动出击拦阻。同时,快速潜浮。”王永刚介绍,“整一个系统就像安装在汽车里的安全气囊,只有遇到危险时才会迅速弹出。”
日常,这些阻拦装置沉于水下,不受水流和水位变化影响,抗风浪能力强,不影响大桥边的景观。
近年来,王永刚潜心研究智能潜浮式防船撞拦阻技术。作为宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室副主任,他深知,越快突破新装置的关键技术难点、验证其可靠性,未来有望应用于港珠澳大桥的可能性越大。
而大型桥梁柔性防船撞技术与装备,也将带着“宁大智慧”,在未来“飞跃”“港珠澳”。