圖①：科研人員正在實驗（yàn）室對一橋梁關鍵節點進行力學試驗。

圖（tú）②：大型索纜靜載與拉彎耦合疲勞試驗係（xì）統。

圖③：大型橋梁（liáng）地震台試驗。

實驗室名片

橋梁工程結構（gòu）動力學國家重點實驗室，重點研（yán）究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（lùn）與振動控製技術、橋梁工程建設與運營（yíng）安全監控檢測技術等方麵內容，擁有世界上首個（gè）由兩個六自由度地震台組成的地震模擬試驗台（tái）陣係統、大型索纜靜載與拉彎（wān）耦（ǒu）合疲勞試驗係統、3000噸橋梁支座試（shì）驗係統等先進設備，是我國交通行業設備最先進、實驗能（néng）力最強的橋梁抗震實驗室。

當地震來臨時，橋梁能否扛（káng）得住？可以先在橋梁工（gōng）程結構動力學國家重點實驗（yàn）室做個（gè）試驗。

結構動（dòng）力學（xué），是研究結構在動力荷載作用下振動問題的力學分（fèn）支，包含材料（liào）性能的測定、結構動力相似模型的研（yán）究、結構（gòu）固有（自由（yóu））振動參量的（de）測定、振動環（huán）境試驗等研究（jiū）課題，是大型項目建設必要測（cè）試過程和方法中的基礎性（xìng）學科。橋梁（liáng）工（gōng）程結構動力學國（guó）家重點實驗室就是專門致力於（yú）橋梁結構抗震基礎理論與應（yīng）用技術、橋（qiáo）梁結構振動基礎理論與振（zhèn）動控製（zhì）技術、橋梁工程（chéng）建設與運營安全監控檢測技術（shù）等方麵（miàn）研究的實驗室，參（cān）與了我國眾多橋梁的設（shè）計和抗震研（yán）究工作。世界（jiè）最長的跨（kuà）海（hǎi）大橋——港珠澳大橋，當（dāng）時亞洲最大的山區（qū）懸索橋——雲南龍江大橋等諸多大型橋梁的抗震試驗，都是（shì）在這個（gè）實驗（yàn）室（shì）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（tiě）骨鋼脊”的（de）秘密。

橋梁抗震試驗係統（tǒng）台陣工作模式（shì）及軌道（dào）移動方式均屬世界（jiè）首創

能模擬汶川地震峰值加（jiā）速度三倍強度的地震

橋梁工程結（jié）構動力學國家重點實驗室位於招商局重慶（qìng）交通科研設計院一棟不起眼的樓房裏。

記者看到（dào），約五（wǔ）層樓高的試驗大廳一側，矗立著一個（gè）“大家夥”：地上一個長方（fāng）形“巨坑”長約36米，坑裏（lǐ）有2個長方形台麵，台麵四周有空隙，隱藏著4個藍色的“杠杆”，即加載用的（de）伺服液壓（yā）作（zuò）動器，“杠杆”上的“螺絲”足有（yǒu）手掌大。

這個“大家夥”就（jiù）是世界上首個軌道移動式雙台陣地震模擬振動台試驗係統。

據實驗室主任唐光武介（jiè）紹，大型橋梁使用年限基（jī）本上是（shì）按照百年設計，這（zhè）就（jiù）要求其首先得過“抗震”這一關。該台陣係統的作用正（zhèng）是模擬地震波，通（tōng）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（shì）驗，就是在（zài）這裏完成的。比如，港珠澳大橋的隔震橋（qiáo）梁振動台試驗、非通航孔支座性能抗震模擬試驗、大型高阻尼隔震支（zhī）座試驗、大型鉛芯隔震支座試驗等抗震試驗，就是借助這個“大家夥”開展的。

據了解，該係統的台陣工作模式及軌道（dào）移動方式均屬（shǔ）世界首創。“台陣”是指放置測（cè）試模型的機械台麵。“雙台陣”就是該（gāi）機械台麵（miàn）有兩個。測試時，工程師會按一定縮尺比例設計橋梁模型，在台陣上輸入地震波外力來測試模型（xíng）的振動狀態（tài）。“傳統抗震測試采用單（dān）台麵。單台麵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（jǐ）十米，如果放在單（dān）台（tái）麵測試（shì），模型就會做得很（hěn）小，既不利於製作，測試數據也不夠準確。

實驗室創新研發（fā）出軌道移動式雙台陣地震模（mó）擬振動台試驗係統，單個台（tái）麵尺寸為3×6米（mǐ），一個台麵位置固定，一個台麵可移動，每個（gè）台麵自重20噸，可承載最重達70噸的橋梁模型，通過（guò）周圍和（hé）底部的“杠杆”即伺服液壓作動（dòng）器協同工（gōng）作，模擬地震帶來的破壞力。不同（tóng）跨度的橋梁，可以通過調整兩個台麵之間的間距（jù），來製作合適尺寸的測試模型。此外，兩個台麵還可以模擬3軸（zhóu）向6個（gè）自由度的多維多點（diǎn）地震波複雜環境，讓測試（shì）數據（jù）更準確。

軌（guǐ）道移動式（shì）雙台陣地震模擬振動台試驗係統（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（qiáng）度的地震呢？唐光武（wǔ）說（shuō），汶川地（dì）震峰值（zhí）的加速度約為1g，而台麵最大加速度可以達到3g。

千米級（jí）跨徑大橋索纜試驗係統最大加載能（néng）力6000噸

加載能力和試驗效率在國際上處於領先地位

在試驗大廳另一側，擺放著大型索纜靜載與拉彎耦合疲勞（láo）試驗係統。“這個設備主要用來測試橋梁用索纜的受力強度，通（tōng）俗說，就是（shì）看橋梁索纜（lǎn）結不結實。”唐光武（wǔ）說，該係統的誕（dàn）生還（hái）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（wàng）能夠完成大橋索纜靜載與（yǔ）拉彎耦合疲勞試驗，而這也正是國家重（chóng）點研發計劃（huá）項目的研究內容（róng）之一。

“蘇（sū）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（néng）滿足（zú）試驗要（yào）求。”回憶起當時的情（qíng）況，唐光武記憶猶新，“當時（shí）實驗室的（de）索纜靜載試驗能力隻有1200噸，疲勞試驗能力隻有（yǒu）240噸（dūn）。”

在原有試驗（yàn）作動（dòng）器結（jié）構基礎上，實驗室加強科研攻關，研製出了雙向雙束、動靜載分（fèn）離的3000噸級大（dà）型索纜靜載與拉（lā）彎耦（ǒu）合疲勞試（shì）驗係統（tǒng），並獲得國家發明專（zhuān）利。

據介紹，在此之前（qián），實驗室（shì）隻能做（zuò）按比例縮小之後的索纜疲勞試驗。該係統誕生後，則可以進行1∶1原型索纜試驗，最（zuì）大加（jiā）載能力達到3000噸。

“新係統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（jí）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（suǒ）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（bàn）年（nián）。如今，新係統（tǒng）1秒可以做多次，且可雙索同時進行（háng），不到一個月就能做（zuò）完兩根索的疲勞試（shì）驗。

隨著我國千米（mǐ）級跨徑大橋和（hé）公鐵兩用橋的增多，實驗（yàn）室又研發了加載能力更大的索纜試（shì）驗係統，為跨度（dù）更大的斜拉索橋提供更有保障的技（jì）術支撐。

“最大加載（zǎi）能力可達6000噸。”唐光武說，科研人員對設備構造等進（jìn）行了優化，進一步提高了試驗效率。該係統就在3000噸試驗係統旁邊，外形與3000噸試驗係統相似，但體積更大，長度達16米，重超300噸。“目前該（gāi）係統的加載能力和試驗效率在國際上處於領先地位。”

記者了解到，實驗室已為蘇（sū）通（tōng）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（hǎi）大橋等近百座特大橋提供了相應的測試，為（wéi）981海洋鑽井平台錨鏈係統提供了試（shì）驗（yàn）服務。

機器人智能（néng）橋檢係統裝備（bèi）“上崗”試用

多機器（qì）人協（xié）同作業破解大跨度橋梁管養難題

8月3日，工（gōng）作人員來（lái）到重慶市牛角沱嘉陵江大橋下，將一（yī）個箱形模樣的設（shè）備放入水中，對水下橋墩和基礎進行檢測。

研究員（yuán）陳斌介紹：“這是該實驗室參與研發的橋梁水下結（jié）構檢測機（jī）器人首次‘上崗’試用，通（tōng）過機（jī）器人實時（shí）傳送到智能（néng）檢測平台的檢測畫（huà）麵，成功進（jìn）行了水中低能（néng）見度條件下的結構表觀病害檢測。”

這（zhè）是該實驗（yàn）室針對大跨（kuà）度橋梁研發的機器（qì）人智能橋檢係統裝備中的一種。

據介紹，在現代橋梁管養中，人工橋檢（jiǎn）手（shǒu）段麵（miàn）對（duì）高空、深水、寬幅、結構複雜的（de）大跨度橋梁時，存在檢測難度大（dà）、效率低、盲區多等難題。而（ér）普通橋檢機器人也（yě）在一定（dìng）程度（dù）上（shàng）存在自主性差、環境適應性低、跨機器人集成度弱等問題。

為解決現有人工橋檢和普通（tōng）機器人橋檢存在的不足，全麵提升（shēng）我國大跨度橋梁的運營安全和檢測智能（néng）化水平（píng），實驗室研發了機器人智能橋檢（jiǎn）係統裝備——大（dà）跨度橋梁檢測作業機器人。

“包含多款橋檢特種機器人和一個集成控（kòng）製評估移動平（píng）台，可針對橋梁（liáng）表麵關鍵（jiàn）部（bù）位損傷進行多機器人協（xié）同下的高效初檢、全麵詳檢、數據（jù）分析、損傷評估一體化（huà）服務。目前正處於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（guò）研究團隊兩（liǎng）年半努（nǔ）力，機器人智能橋檢（jiǎn）係統裝備已初步實現（xiàn）指（zhǐ）揮車與多款檢測機器人的協同工作。除在牛角沱嘉（jiā）陵江（jiāng）大橋“上崗”的橋梁水下結（jié）構檢測機器人外（wài），拉索檢測機器人（rén）、爬壁檢測機器人（rén）、橋檢無人（rén）機等也分別在重慶多座大橋“上崗”試用。

機（jī）器人智能橋檢係統裝備投用後將帶來哪些變化？據介（jiè）紹，不僅可（kě）以直達常規手段難（nán）以觸及的區域，如橋梁主塔部分，方便檢測單位、管理部門全麵掌握橋梁（liáng）運行狀況，而且還可（kě）提高檢測效率（lǜ）、降低檢測（cè）成本。

陳斌算了一筆賬：根據（jù）2021年交通運輸行業發展統計公報，2021年末全國公路橋（qiáo）梁96.11萬座，其中特大橋梁7417座。如果（guǒ）采用大跨度橋梁檢測作業機器人檢測，每座橋梁的檢測費用預計（jì）可節省（shěng）40%，檢測效率可提高（gāo）1倍。“節約的成本十（shí）分可觀。”

據介紹，隨著研究深度的（de）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（jī）礎理論與振動控製技術、橋梁工程建設與運（yùn）營（yíng）安全監控檢測技術等方麵，得到長足發展。

近年來（lái），在橋梁健康監測和橋梁防撞等領域也有了新突破。比如（rú），研發了國內（nèi）首套基於雲平台的橋（qiáo）梁健（jiàn）康監測係統，具有部（bù）署效率（lǜ）高、成本低等特（tè）點，可用於（yú）我（wǒ）國量大麵廣的中小跨徑橋梁的健康監測。目前，我國已有（yǒu）近200座橋梁搭載了這一健康監測係統。實驗室科研團隊還為國內不少（shǎo）橋梁設計、製造和（hé）安裝了防撞係統，港珠澳（ào）大橋橋梁主動防撞係統經實驗室科研團隊安裝調試，如今已投入應用。

“我們的主（zhǔ）業雖然是橋梁，但事實上涉及整個土木（mù）工程領域，為我國核電行業、特高壓輸變電（diàn）行業、高鐵行業、建築行業和石油行業等提供技術谘（zī）詢（xún）服務等，為我國重大工程建設項目提供重要（yào）科技支撐和技術保障。”唐光武說。（作者： 喬子軒 孫曉燕 舒永兵）