勇挑重担 锐意创新 硕果累累
发表时间 2018-01-02 09:53 来源 本站原创

  ——记大连理工大学桥隧工程研究所所长张哲教授

  近年来,随着基建事业的大发展,我国桥梁建设也取得了举世瞩目的成就。桥梁的建筑远比房子建筑要杂乱和困难数倍。国际上的桥梁多不胜数,构造和个性也不尽相同。在国际大名鼎鼎的桥梁中,中国后来居上,占据了无可撼动的位置,这无疑是国人的自豪。因设计目前世界上最大跨径的独塔砼斜拉桥广东西江金马大桥而蜚声海内外的大连理工大学教授张哲,就是其中贡献突出的一员。

  张哲教授,现任大连理工大学桥梁工程研究所所长,桥隧结构实验室及风洞实验室主任,兼任中国公路学会桥梁与结构学会常务理事,中国土木工程学会桥隧与结构分会理事,西南交通大学、大连大学等多所高校兼职教授,主持国家和省部级等项目十余项;出版著作十余部,发表期刊论文200余篇,获国家专利25项,获省部级科技进步二等奖3项,三等奖3项,省部级优秀设计一等奖4项,二等奖多项,培养了硕士生近百名,博士生26名,获“感动大工”获奖人物、大连市优秀专家和大连市首批突出贡献专家称号,为大连市“五一劳动奖章”获得者,辽宁省首批勘察设计大师。

  张哲1967年由唐山铁道学院(现西南交通大学)桥梁与隧道工程专业毕业,随后分配到齐齐哈尔铁路局,在工程一线打拼10余年,为今后的工作打下了良好的基础。1980年考入兰州铁道学院攻读硕士,1983年调入大连理工大学组建桥隧学科。大连理工大学桥隧团队在张哲教授的带领下,白手起家,发挥了踏实肯干,执着追求,勇于创新,无私奉献的精神,找到了一条正确的发展道路,不仅创立了大工桥梁专业,而且带领其一路发展壮大,成绩斐然,将大工桥梁工程打造成为一流学科。大连理工大学桥隧学科经过数十年的发展,形成了特色鲜明的产、学、研紧密结合的良性发展局面,队伍在实际工程中锻炼,人才在实际项目中培养,科研解决实际工程问题。张哲教授组建了桥隧研发基地(由大连理工大学建设工程学部桥隧工程研究所,大连理工大学设计院桥隧分院及大连理工大学现代检测有限公司桥隧检测所组成),现已拥有50人的专业梯队,拥有设备齐全的桥隧结构实验室和风洞实验室,在桥隧设计、检测、加固及人才培养方面有了大量积累和丰富经验,拥有良好的社会影响和信誉,已形成了成熟的研发理念、人才培养及团队管理模式。

  迎难而上,勇挑重担谱新篇

  1962年,张哲考上了唐山铁道学院,学习桥梁与隧道工程专业。1980年,他又考上兰州铁道学院的硕士研究生,还是学习桥梁与隧道工程专业。前后学习间隔的12年里,张哲在齐齐哈尔铁路局工作,成天围绕着铁路和桥梁转来转去,还要在工地上挑土、绑钢筋等。“这段时间,实践可说非常丰富,从修路到修桥、建桥都有。”

  本科学习时,张哲就对桥梁情有独钟,肯于钻研。虽说当时的学制是5年,但他学了4年就毕业了,“学得也差不多了”。等到读研究生时,张哲因为有很强的实践背景,学习起来方向就非常明确,对于新知识,他更是一点儿都不放过。要看英文文献,张哲便从头开始学习英语;要利用新的计算工具,他便积极学习那时尚属稀罕物的计算机。所以,到了做毕业设计时,张哲成了导师指导的最好学生。“我当时搞高速公路弯桥的研究,导师指导时一说我就能领会,连他都说我这个学生能力还挺强!”

  由于能力很强,硕士毕业后,铁道部把张哲留在了兰州铁道学院。然而,让张哲放心不下的是在老家沈阳的母亲,于是两年后,他要求调回去。当时,大连理工大学正准备建立桥梁专业,急需这方面的专业人才,就慕名把张哲调了过去。那时候,深圳、上海等地的单位也以优厚待遇力邀他去工作。不过,当时大连理工大学抢先一步把他的档案调过去了,张哲随后来到大工的钢结构教研室。

  当时的大连理工大学,在桥梁设计这方面的影响力很低。面对这样的环境,张哲并不示弱,决定先找点活儿干,把牌子立起来再说。

  张哲碰到的第一个难题是大连某菜市桥的恢复。原来,这座桥在当时已有70多年的历史,随着卡车通行时撞上桥门架次数的增加,桥门架已经弯曲了,主要受力杆件破损,必须进行修正。张哲经过仔细勘查、计算分析之后,将桥门架设计成拱型,并现场指导施工,又安全又节省地完成了菜市桥的恢复工作。第一次在大连出手,张哲就赢得了当地相关政府部门和行业专家的好评,认为他的方案不但可操作性强,而且节约成本。

  而真正让张哲开始崭露头角的,却是大连一个煤码头桥的加固工程。张哲介绍,这个煤码头桥最初是由德国设计、美国制造构件、日本进行安装的,钢塔架、门架、板梁等构造复杂、规模宏大,设计修复难度极高。但是,在一片惊讶声中,张哲签了这个“有人说要等着看大连理工大学笑话”的合同。对于这一点,连当时学校的一位老教授去现场看了以后都感叹:“张哲,你的胆子太大了!”要知道,当时张哲生病刚恢复,走路上坡时都很困难。可张哲知道这个机会来之不易,因为当时一些有名的设计院都不敢接这个活儿,而他的设计报价还要比另一个单位低一半。 “钱都是学校的,我们无所谓。我只想把工作做好,让别人认可我们。”

  张哲带着十几个人在桥上桥下仔细研究,最终提出设计方案。然而,他的设计方案在评审时却被人故意刁难。但由于张哲坚定的态度和异常的自信,结果专家组的评审人员反而被镇住了。“后来这个桥维修花了2000万元,业主十分满意。20年过去了,桥还是很好。”当时,学校为表彰张哲的团队,专门从设计费里给了他们6000元的集体奖励。“我们那时候都挺艰苦,像我当时才80多元的工资。”这笔奖励对他们来说确实是很好的肯定和鼓励。这一次,张哲和他的团队不仅在大连,甚至在业内已经有了不小的名气。

  有了自己的品牌和机构,张哲深知,要想在大江南北闯出自己的一条路来,必然需要一些顶级的产品来实现这样的宏图。而这样的顶级产品,其过程注定是要费不少周折的。在金马大桥的项目上,张哲就经历了这样的周折。

  据张哲回忆,1994年金马大桥公开招标时,计划投资3.2亿元,这在当时可不是小数目。为了竞标,当时的重庆桥梁公司还专门到辽宁找桥梁专家王伯惠咨询,请其推荐设计的领军人物。王伯惠回答,要想中标,就要找张哲。于是,当年8月,该公司的老总带队,专门邀请张哲前去查看地形、桥位等。回来后,张哲带领团队进行设计研究,最终拿出独塔斜拉桥与T构协作体系桥的设计方案。这种方案可减少深水墩,有利于通航泄洪,可使施工难度及造价大大降低。方案一出,重庆桥梁公司的老总就表示肯定会中标。“因为还没人想出这样独特的设计方案。”张哲说:“当时感觉我们就像已经中标了一样。”

  2002年12月,金马大桥通过了以林元培为主任,强士中、王伯惠为副主任,王永珩、罗玲、邵克华等为委员的教育部组织的专家委员会的鉴定。鉴定认为:金马大桥的“大型砼斜拉桥与T型钢构协作体系桥梁”设计技术达到世界领先水平,并先后获得建设部和教育部优秀设计奖一等奖,建设部华夏科技进步奖二等奖。

  如今,张哲教授从事桥梁设计和理论研究工作已经近50年,主持了200余座各类大型桥梁的设计和科研工作,承担科研和设计经费几亿元,先后被聘为建设部建筑工程技术专家和辽宁省首批勘察设计大师。科研教学方面,张哲教授数十年如一日,坚持教学、科学试验、工程实践相结合,创建了大连理工大学桥隧学科,走出了一条学科发展的创新道路。自筹经费近亿元建成了桥隧结构实验室和风洞实验室,已由国家发改委批为“桥梁与隧道技术国家地方联合工程实验室”,为大连理工大学桥梁学科发展做出贡献。桥梁设计方面,张哲教授勇于创新,突破关键技术,成就了很多我国首例的精品桥和创新体系,解决了众多工程难题,带来可观社会效益。

  学科建设方面,张哲教授1985年调入大连理工大学组建桥隧学科。在学科组建的初期,缺师资、缺资金、无实验条件。张哲教授提出了以设计带动教学、科研的发展思路。经过数年的实施,效果显著,由工程设计提供资金增添科研设备,2006年自筹经费328万(学校资助300万)建成风洞实验室,2012年自筹经费8000万建成了东北最大、最先进的桥梁结构实验室,该实验室已获国家发改委批为“桥梁与隧道技术国家地方联合工程实验室”。在学科发展的基础上,张哲教授组建大连理工大学桥隧研发基地,该基地由大连理工大学土木工程学院桥隧工程研究所、大连理工大学设计院桥隧分院及大连理工大学检测有限公司桥隧检测所组成,实现了真正意义上的产学研相结合。

  团队在科研方面立足于工程重大需求和明确工程背景,突破关键技术,完成了纵向、横向科研项目百余项,以科研基础为支撑,在桥梁创新方面做了大量工作,取得了丰硕成果。张哲教授相关设计及科研成果获得省部级科技进步二等奖3项,三等奖3项,省部级优秀设计一等奖4项,二等奖多项;有多项国家专利及其它多种奖项。在国内外学术期刊及会议上发表论文200余篇,出版专著6部。

  传道授业,培育英才无数

  要成为一名优秀的领军人物,不仅要在业务上出类拔萃、锐意创新,而且还要具备审时度势、高瞻远瞩、掌控全局的能力。张哲在这一点上无疑做得出色。

  大连理工大学桥梁研究所要发展,就要舍得投入。张哲始终认为,眼光应该要放得远一些,抓住每一个机遇,不要被眼前的困难所吓倒。现在桥梁实验室的蓬勃发展是对张哲这一理念的最好证明。成功者永远不会躺在自己的成绩上睡大觉,桥梁实验室成立之后,张哲又卓有远见地向学校提出修建省内首座桥梁建筑民用风洞实验室。在学校资金紧张的情况下,校领导给予大力支持,拨款300万元用于扶持风洞建设,为了不给学校增添太大的负担,张哲毅然决定自筹328万元资金。“再苦、再难也要把风洞搞上去,这不是为了个人的事情,这是为了学科的发展、是为了学校的发展。”目前风洞已经正常运行11年,大大小小共承接了科研试验项目50余项。

  从专业成立伊始张哲教授就提出 “教学、科研、工程实践相结合”的理念。对学生开展实际工程的专门讲座和理论指导,为每一位研究生提供到施工现场进行施工监控和桥梁检测的实习机会,让学生们真刀真枪的打拼,从理论到实践都能学到真正的本领。

  育人方面走教学、科研、工程实践密切结合的路子,这是所长张哲在多年的教学、科研工作中摸索、总结出来的教学理念。“其他学校设计和教学分开做,而我们从建所开始,就把实际造桥和教学科研融在一起。”

  实战操练,真刀真枪地打拼,这是桥梁所的一大特色。研究所注重培养学生的动手能力,对承担的每一个工程,从方案设计阶段开始,就让研究生自己独立思考,然后互相交流,最后在有经验的中青年老师指导下确定方案,进一步进行初设和施工图设计。在每年为研究生所开的课程中,对正在设计的工程进行专门讲座和理论指导,并且为每一个研究生都提供了去施工现场进行施工监控和桥梁检测的实习机会。这样,从理论到实践都能让研究生学到真正的本领。多年来,除了本科生外,张哲还培养了100多名研究生,他的学生每年都是“抢手货”,北京、上海、广东等地都来要人,这些都充分体现了张哲教授教书育人理念的巨大成功。

  经过30年的努力,大工桥梁专业从无到有,从小到大,大连理工大学桥隧研发基地目前拥有教工及工程师近50名,已经形成成熟的教学、研发理念及团队管理模式,走出了一条学科发展的正确道路。张哲教授培养了一支高水平的教师和工程技术人员队伍,同时培养了一大批博士和硕士研究生,为众多高校和各大设计院输送了技术骨干。为和大连理工大学桥隧学科的发展和我国桥梁事业人才的培养,作出突出贡献。

  桥梁设计,创新硕果累累

  张哲教授带领团队一直秉承着服务于社会、贡献于社会的理念,多年来承接了大量设计、加固等工程项目,对于一些特殊工程问题,敢于承担,勇于创新,提出新方法新思路,突破关键技术,解决了大量常规方法难以解决的实际工程问题,从而解决了社会问题,带来可观的社会效益。

  以下工程均为张哲教授主持,属于原创性创新:

  (1) 主持设计我国首座海上地锚式悬索桥

  星海湾跨海大桥,主桥跨径布置为180m+460m+180m,全线长6.3km,2015年建成。大桥锚碇采用大型沉箱及抛石升浆技术,填补了我国海上悬索桥的空白,是我国首座采用海上锚碇的地锚式悬索桥。

  星海湾跨海大桥(我国首座海上地锚式悬索桥,2015)

  (2) 主持设计金马大桥-世界最大跨径混凝土单塔斜拉桥

  金马大桥,主桥跨境布置为60m+2x283m+60m,1999年建成。大桥因地制宜首次采用“T型刚构与独塔斜拉桥的协作体系”,体系的巧妙结合,使全桥只需修建一处深水基础,极大的降低了工程造价。该桥为目前世界上最大跨径的混凝土单塔斜拉桥。

  金马大桥(目前世界上最大跨径混凝土单塔斜拉桥,1999)

  (3) 主持设计我国首座混凝土自锚式悬索桥

  金湾桥,主桥跨径布置为24m+60m+24m,2002年建成,该桥是我国第一座混凝土自锚式悬索桥,张哲教授率先提出混凝土自锚式悬索桥体系,并出版专著《混凝土自锚式悬索桥》,近年来我单位、设计、监控及检测的混凝土自锚式悬索桥达数十座,为混凝土自锚式悬索桥在我国的发展奠定了基础。

  金湾桥(我国首座混凝土自锚式悬索桥,2002)

  (4) 主持设计我国首座混凝土自锚式斜拉悬索协作体系桥

  庄河建设大街西桥,跨径布置为45m+110m+45m,2004年建成,“混凝土自锚式斜拉-悬索协作体系”由张哲教授率先提出,该体系具有斜拉-悬索协作桥的优点,同时无需修建锚碇,在不适宜修建锚碇,跨径较大且对桥塔高度有限制条件下,该体系桥具有极大的竞争力。张哲教授主持交通部西部课题“斜拉-悬索协作体系桥梁的研究”,并设计完成了首座混凝土自锚式斜拉-悬索协作体系桥。

  庄河建设大街西桥(我国首座混凝土自锚式斜拉-悬索协作体系桥,2002)

  (5) 提出采用钢悬臂拓宽混凝土箱梁的方法

  针对城市箱梁桥,张哲教授提出采用钢悬臂拓宽混凝土箱梁的方法,该方法无需增设桥墩,即可达到拓宽桥面的目的。张哲教授主持开展理论分析,足尺模型试验等系列研究,经过近四年的努力,最终确定加固方案,并申请专利。实际应用于大连市东北路立交桥的拓宽改造,于2010年改造完成,整个上部结构的改造仅用时3个月,效果良好。受到社会各界的广泛好评。

  混凝土箱梁正交异性钢悬臂板拓宽方法示意图

  上部结构加宽改造

  加宽前 加宽后

  东北路立交桥采用混凝土箱梁正交异性钢悬臂方法加宽前后对比(2010)

  (6) 提出斜牛腿技术-新发明技术

  针对普通牛腿对梁高有削弱,搭接处易出现损坏的问题,张哲教授发明斜牛腿搭接形式。采用斜牛腿的梁体在连接处如木楔般交叉在一起,相接处沿倾斜的斜面设置橡胶支座,如此设计,不仅截面高度不会被削弱,且有助于排水,对结构耐久性亦有益处。该技术已应用于普兰店鞍子河桥(1990年建成)20余年,未出现任何病害,斜牛腿处仍完好,经此验证,此技术于2014年被应用于盘锦纬一河上的4#、5#、6#桥中(已建成)。

  斜牛腿示意图(应用于普兰店鞍子河桥及盘锦纬一河4#~6#桥)

  (7) 提出无缝伸缩缝技术-新发明技术

  张哲教授针对小跨径桥梁设计开发无缝伸缩缝技术,采用该技术桥面无需设置伸缩缝,控制桥面在一定区域内均匀开裂,最终桥面铺装顶层无缝。采用该技术可增加行车舒适性,而且增强耐久性。斜牛腿和无缝伸缩缝已经通过试验,并与斜牛腿组合应用于盘锦纬一河的4#、5#、6#桥中(2014)。

  无缝伸缩缝科研试验



  盘锦纬一河4#桥盘锦纬一河6#桥

  (8) 提出钢管混凝土拱桥加固技术

  针对早期修建钢管混凝土拱桥,缺少纵梁,桥面系刚度低,行车时桥面振动过大的问题。张哲教授提出钢管混凝土纵向钢纵梁加固法,该方法可以有效增大桥面系刚度,解决此类问题。该方法应用于沈阳长青桥(1997年),原桥为三孔中承式钢管混凝土拱桥,净跨径为127.226m+147.992m+127.226m。该桥自建成后由于振动问题一直处于半封闭状态,对该桥实施钢纵梁加固法,有效解决了桥面振动过大的问题,避免了桥梁的拆除,带来了一定的社会效益。

  钢管混凝土拱桥加固科研试验

  (9) 小半径大跨径曲线预应力桥的设计与创新

  大藤峡坝下曲线梁桥,受诸多因素限制,最小的曲线半径60m,跨径布置为3×40m,。此种小半径大跨径弯梁结构极为少见且设计难度很大,通过试验研究了解该桥在弯扭耦合下的复杂受力特性,指导设计,补充完善该种桥型的设计计算理论。



  小半径大跨径曲线预应力桥的科研与设计

  (10) 提出弯梁桥曲线限位技术

  针对曲线梁桥由于约束不当出现的主梁移位、支座脱空、限位挡块破碎等普遍存在的问题,张哲教授提出曲线梁桥限位技术。该方法应用与张家口通泰大桥,建成于2008年。主桥跨径190m,为目前最大跨径弯梁斜跨拱。大桥病害主要包括:西南角支座脱空、限位挡块被压碎等。采用曲线梁桥限位技术,将主梁复位后建立新的竖向支撑装置和水平限位装置,来改变结构的约束形式,减小温度效应对结构受力和变形的影响,从而达到从根本上调整并改善整个桥梁结构受力体系的效果,该桥已完成加固(2017年)。

  弯梁桥曲线限位技术的应用(张家口通泰桥)

  张哲教授秉承“创新、受力合理、安全、经济、耐久”的理念搞研发,设计出了诸如金马大桥、铜瓦门大桥、星海湾跨海大桥等一批精品桥梁,面对难题,他勇于创新,勇于提出新方法新思路,突破关键技术,从而解决了社会问题,带来可观的社会效益,为国家节约大量的资金,受到同行专家和社会各界的广泛关注和好评,为我国桥梁事业做出了贡献。