
《铁道建筑》

人物|石家庄铁道大学刘庆宽:让桥梁和建筑无
细节背后的师风
正因此,首钢大跳台、新首钢大桥、京雄高速永定河大桥……近年来,请刘庆宽和其团队“把脉”的桥梁和建筑越来越多。
刘庆宽解释,该风洞的两个拐角部分可以从主体结构上挪开,将风洞由回流的结构变成直流的结构,可以做风雨风雪风沙类的试验。两个拐角结构移回至主体结构上,风洞就又会变成一个回流风洞。这台设备不仅能模拟出最大风速可达80米/秒(超过32.6米/秒就是12级风)的强风,还能模拟从毛毛雨到大暴雨的各级雨强的降雨……
“贵项目作为本届冬奥会重要的科技支撑力量……表现出非凡的科技责任担当……展现了一线科技工作者的风采!”
“要不是防风网亮相冬奥会,不会有这么多非本领域的人知道,在河北,在石家庄铁道大学,有我们这样一个风工程研究中心。”刘庆宽笑着说。事实上,自2009年建成以来,刘庆宽已经带领他的团队累计为300多个国内外重大工程进行了专项研究。
最初,这个项目没有做风洞试验,有专家建议风洞试验后再进行工程设计。
“我们做完后,结果显示风荷载比原来拟采用的设计值小很多,能省下来不少建设费用。”刘庆宽说,令人没想到的是,采用风洞试验成果进行结构设计并建成的工程竣工后不久,当地就有强台风经过,而且煤棚还位于风力最强的地区。当地不少结构都不同程度地被吹坏了,但这个大跨度结构却没有任何损坏,相当于刚刚建成就经历了50年一遇大风的考验,结果令各方都很满意,这个工程还获得了中国钢结构金奖。
刘庆宽解释,风工程研究和国家的经济、土木发展密切相关。
2002年,刘庆宽获得公派留学日本读博机会,进入日本京都大学攻读博士学位,研究方向是斜拉桥斜拉索的风雨振问题。
2009年4月,石家庄铁道大学风洞实验室建成。但彼时刘庆宽压力更大了,“实验室建成了,后续的研究能不能跟上?能不能承接到有影响力的项目?”
“但螺旋线缠几根,用多粗的螺旋线,缠绕间距多少?什么样的参数既能控制振动,同时阻尼系数又最小?”刘庆宽解释,控制振动意味着大桥具有安全性,阻力系数小意味着大桥具有经济性。而阻力系数,跟大桥的结构参数、所在位置处的气象参数等诸多方面的因素有关。带着这些疑问,如今,他们已经提出了一套完整的计算方法,而这些研究成果已经成功地应用于多座大桥。
“全球风灾及次生灾害的经济损失占自然灾害总损失的85%,旱涝、火山、地震、海啸等所有其他加起来,总共只占15%。”
“做抗风实验,就好比是给建筑拍CT,但CT拍得准不准,受到很多因素的影响。”刘庆宽解释,从风场模拟到模型精度,从测试点的布置到传感器的选用,从数据采集到分析处理,许多环节的细节都会直接影响数据测量和计算的准确度,处理不好,个别情况下甚至会引起数倍的偏差。
“这就说明只安装阻尼器还是不对症,根治不了问题。”刘庆宽解释,工程上的风问题,不仅要通过研究把病根找准,还得对症下药。有药就把它配准,没药就要研发新药。
团队做过一个东南沿海地区的电厂大跨度煤棚钢结构的风洞试验项目。
北京2022年冬奥会上,在张家口赛区云顶滑雪公园的自由式滑雪空中技巧和U型场地技巧两个场地旁边,白色高大的防风网,吸引了全世界的目光。
在石家庄铁道大学风工程研究中心的一间展览室,摆放着许多建筑模型。模型上,密密麻麻地分布着很多写着号码的标记。
谈到“冬奥会室外雪上项目场地防风网关键技术研究”,可能大家并不熟悉,但要说到“冬奥会防风网”,估计已经无人不知、无人不晓。
事实证明,这个判断没错。
刘庆宽对学生的要求很严、很细,而且涉及方方面面,“细致到什么场合穿什么衣服,怎么发邮件,怎么回短信,怎么打电话,接待客人时车上的座位怎么坐,等等。”甚至,纯粹“工科背景+科研岗位”的刘庆宽专门把这些待人接物的要求和指导总结出来,编写出版了一本书——《高校在校生实用交往技能与礼仪》。
2013年、2021年,他们两次获河北省科技进步一等奖。
可谁也没想到,几年之后,刘庆宽竟也踏入了桥梁抗风研究的行列。
风,一种空气流动所引起的、最常见的自然现象之一。但提起风工程、风洞试验,相信对很多人来说,是一个非常陌生的领域。