本刊記者　陽錫葉　通訊員　曾歡歡

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從鄉(xiāng)村教師到“大橋院士”——記中國工程院院士、湖南大學風工程試驗中心主任陳政清教授

本刊記者陽錫葉通訊員曾歡歡

日前，一座世界最高、最長的玻璃橋在張家界大峽谷上合龍，目前正在鋪設玻璃，不久之后將向游客開放。張家界大峽谷玻璃橋主跨430米、橋面長375米、寬6米、橋面距谷底相對高度約300米，是架在絕壁峽谷之間的異型人行橋。大跨度人行橋的動力設計比車行橋的設計難度大，特別是在解決抗風、人致振動方面是一項世界性的技術難題。

新晉中國工程院院士、湖南大學風工程試驗中心主任陳政清教授正是解決這座大橋抗振、抗風難題的主要負責人。目前，陳政清是我國兩位研究橋梁抗風抗震的工程院院士之一。他在國內率先獨立完成了柔性結構三維大變形理論并開發(fā)出設計程序，在國內第一個建立了完整的三維顫振理論體系，發(fā)明了永磁式磁流變減振技術和電渦流減振技術，這些成果被評價為“對我國橋梁技術趕超世界先進水平有直接貢獻”。

讓人意外的是，陳政清并不是橋梁工程專業(yè)出身，他從本科到博士學的都是力學。而當年，他還是一位鄉(xiāng)村教師，30歲才上大學。這位68歲才評上院士、曾被譽為“殺入橋梁界的‘黑馬’”的大家，究竟有著怎樣的人生呢?

從鄉(xiāng)村教師隊伍走出來的力學博士

1947年，陳政清出生在湘潭市一個商店職員家庭。1968年，在湘潭市一中讀完高中的他，被下放到岳陽市的錢糧湖農(nóng)場做知青。

1971年，陳政清重新當回了“知識分子”。當時，錢糧湖農(nóng)場下放了1000多名知青，農(nóng)場利用這些知青，在各個分場都辦了一所中學。陳政清被“提拔”成為一所分場中學的既非公辦、也非民辦的教師，數(shù)學、物理、化學等都教。

在這段時間里，陳政清如饑似渴地閱讀了大量書籍，自學了高等數(shù)學、電子理論等大學課程。

1977年的夏天，高考恢復了。陳政清激動不已，期待已久的機會終于到來了。他十分自信：“我相信經(jīng)過這么多年的準備，高考絕對沒問題?！?/p>

果然，陳政清一舉考上了湖南大學力學系，而且數(shù)學成績是岳陽地區(qū)第一名。那一年，陳政清已經(jīng)30歲了，是全班年齡最大的同學，并且還是一個兩歲孩子的父親。

在湖南大學7年，陳政清相繼師從當時被譽為國內塑性力學“三巨頭”之一的熊祝華教授和結構力學的王磊教授，獲得碩士學位。在那個研究生像大熊貓一樣珍貴的年代，他沒有忙著找工作和賺錢，而是又考上了西安交通大學固體力學博士，師從中國工程院院士、清華大學杜慶華教授和嵇醒教授。

他十分感謝幾位恩師對他的培養(yǎng)。他說：“當時教我們的都是有名的老師。像熊祝華教授，對我們要求十分嚴格，但師生感情非常親近。在讀博士期間，杜慶華教授要求很嚴格，讓我做的課題也是當時力學最前沿的彈塑性大變形的邊界元方法，為我以后的研究打下了良好的基礎?！?/p>

讀研期間，在王磊教授的介紹下，陳政清還認識了地基專家王貽蓀教授和許多土木工程方面的教授。這拓寬了他的知識面，也加深了他對土木工程專業(yè)與實踐背景的了解，為他多年后在力學與橋梁專業(yè)之間找到一個自己的空間奠定了良好基礎。

接觸陳政清的人都感嘆，陳政清對學習有著驚人的熱情。博士畢業(yè)時已經(jīng)40歲的他，仍然一有學習機會就會抓住不放。1991年，英國有一個面向中國學生的專項資助項目，陳政清順利地通過了由英方組織的考試，獲得了英國文化委員會獎學金。

在英國做訪問學者期間，他總是最早一個來到研究所，最后一個離開。他告訴記者：“在英國留學期間，我比其他訪問學者都勤奮，每天都去研究所，忙完這個忙那個，以至于有人誤會我是那個研究所的員工呢?！?/p>

殺入橋梁界的“黑馬”

1987年，陳政清博士畢業(yè)，被分配到長沙鐵道學院橋梁研究室工作，擔任橋梁動力學專家、中國工程院院士曾慶元教授的助手，開始與橋梁結緣。

20世紀80年代末，鐵道部大橋局開始設計中國第一座跨度達400米的大橋——武漢長江二橋。當時該橋的設計人員只是了解到，這種大橋會有一種非線性效應，但如何確定非線性效應的影響程度，當時國內的研究結果很不一致。

工作人員找到曾慶元。曾慶元一想，我們這里不是剛好來了一個力學博士嗎？就推薦了陳政清。獲悉這個消息，陳政清感覺到自己的機遇來了！因為非線性分析正好是他的博士論文的研究方向。找準切入點后，陳政清反復進行理論推導和計算，整整用了一箱子計算紙。

6個月后，他成功了。他清楚地記得，那天是1990年3月8日，計算機室里只剩他一個人在埋頭苦算。當計算出準確答案的那一刻，陳政清高興得繞著空曠的實驗室跑了幾圈，享受著成功的喜悅。

成功開發(fā)出適用于懸索橋與斜拉橋的非線性分析計算理論后，陳政清依據(jù)這個理論為武漢長江二橋編成實用計算程序，并為設計方計算出全橋各部位非線性影響因子，該方法的計算效率比當時的通用程序提高50倍以上。國際橋梁風工程權威、美國教授KJ.Bathe專門給陳政清寫了一封信：“你奇跡般地提高了計算效率?！?/p>

在上述研究成果的基礎上，陳政清又獨立編制出我國第一個大跨度橋梁空間靜動力非線性分析程序，解決了我國大跨度橋梁建設急需空間非線性分析程序的難題，在我國大跨度橋梁建設史上發(fā)揮了重要作用。他的這套理論與方法得到國內外學者的廣泛認同與高度評價，先后被同濟大學、鐵道部、云南省設計院、湖南省交通設計院等多家單位采用，并用于多座重大橋梁工程的設計與咨詢，包括我國最大的斜拉橋（蘇通大橋）和懸索橋（西堠門大橋），以及首座三塔懸索橋（泰州大橋），被業(yè)內評價為“根本性的改進”。2007年，陳政清獲得國家科技進步二等獎。

把脈橋梁抗風的“醫(yī)生”

在科學研究上，陳政清善于從問題中發(fā)現(xiàn)科研方向。橋梁抗風研究即是如此。1988年，湖南大學劉光棟教授邀請同濟大學項海帆教授作橋梁抗風的報告，這在當時還是一個比較陌生的課題。

聽完這次報告后，陳政清牢牢記住了一個關鍵詞：橋梁抗風。1991年，陳政清到英國做研究，報的就是橋梁抗風這一方向。

英國當時在橋梁抗風研究上處于國際領先位置。不過，當時他們還有一個問題沒有攻克，那就是橋梁因風引起的三維顫振分析。當時普遍采用的是兩參數(shù)顫振理論求解，只能通過設計人員一步一步計算得來，因此，也就沒有辦法讓一般設計人員根據(jù)某種理論或者模式進行設計，且計算過程十分繁雜。

怎么找到一個相對簡便的方法？經(jīng)過刻苦研究，陳政清在國際上最先提出了單參數(shù)搜索的思想，創(chuàng)立了預測橋梁顫振失穩(wěn)臨界風速的三維分析方法，大大簡化了搜索過程，而且可實現(xiàn)自動搜索——這好比原來需要在一座城市尋找一個人，現(xiàn)在只需在一條街上搜索一個人。

從線性到非線性、從二維到三維，對所有工科理論、計算、實驗來講，都是了不起的進步。英國最有名的一座懸索大橋賽文橋，應用三維顫振理論得到相關數(shù)據(jù)只用了3秒鐘，而當初設計這座橋時，這一過程花了一個星期。

三維顫振理論被廣泛應用到大橋建設當中，一般的設計人員都可以根據(jù)這一理論進行大橋抗風設計，大大提升了大橋抗風水平。我國早期的大橋，比如虎門大橋和江陰大橋，都應用了這一理論。

在抗風上，陳政清還有許多杰作。著名的湘西矮寨大橋便是其中之一。

矮寨特大懸索橋飛越1000多米的德夯大峽谷，海拔571.1米，如若遇上狂風，大橋的穩(wěn)定性和安全性如何？陳政清決定采用“多穩(wěn)定板技術”解決矮寨大橋原設計方案抗風性能不足的問題。

為了更好地反映峽谷地貌，確保大橋抗風性設計的穩(wěn)定性與安全性，陳政清帶領團隊把幾公里范圍內的峽谷地型全部都做了模型，并且制作了直徑為4米、1∶500的橋址地形模型，放置到湖南大學風工程試驗研究中心進行風洞試驗。

根據(jù)風洞試驗的結果，陳政清發(fā)現(xiàn)，通過穩(wěn)定板的設置能夠很好地提高矮寨大橋的抗風性和穩(wěn)定性。如今，矮寨大橋最高能抵抗55米/秒的風速，遠高于初期設計方案的12級颶風35米/秒的風速。

永不停歇的“平民實干家”

“陳老師每隔一段時間，就會有新的想法，科研干勁比我們年輕人都大，有時我們感覺都跟不上他的思想步伐?！标愓宓膶W生、湖南大學橋梁系風工程試驗研究中心副主任華旭剛跟隨陳政清學習、共事已有17年，在他的印象里，陳政清是一個永不停歇的“平民實干家”。

在科研工作中，陳政清一直遵循“問題導向創(chuàng)新，創(chuàng)新實現(xiàn)超越”的原則。同行評價他有個突出的特點，就是每項研究都包括理論—試驗—應用的完整過程，能及時解決工程中急待解決的重大難題。

這樣的例子在陳政清的科研生涯中數(shù)不勝數(shù)。

全長5747.8米、橫跨東洞庭湖區(qū)的洞庭湖大橋是國內第一座三塔斜拉橋。地處風雨區(qū)，洞庭湖大橋建成后多次受到大風和大雨的共同破壞，發(fā)生拉索“風雨振”現(xiàn)象。一旦風雨大作，橋梁拉索上便會形成“上雨線”，加劇振動的幅度。2001年4月10日，8級大風連續(xù)20多個小時搖撼著洞庭湖大橋，上百根碗口粗的鋼絲拉索上下大幅度地晃動，整個橋身在顫抖，靠近拉索的路燈都被震碎。

為了解決洞庭湖大橋“風雨振”這個大難題，陳政清不僅泡在實驗室做研究，還多次驅車到大橋現(xiàn)場考察，甚至冒著風雨翻越欄桿去觀察情況。經(jīng)過連續(xù)、長期的現(xiàn)場觀測，陳政清獲得了風速、風向、雨量等參數(shù)對“風雨振”的影響規(guī)律。在不斷的實驗過后，陳政清掌握了拉索“風雨振”的振動特征和機理，決定用磁流變阻尼器取代油阻尼器。這種阻尼器原是應用在高級賽車中的減振設備，可以極大地減輕高速行駛中的車輛振動。

然而，當時所用的磁流變阻尼器只能在受壓狀態(tài)下起作用，抗力的方向與大橋需要剛好相反，怎樣才能將它用在大橋上?陳政清反復思考，十幾天下來，人都瘦了一圈。一個晚上，他苦苦思索至深夜才入睡。一覺醒來，他猛然想到了一個三維設計圖，終于找到了日思夜想的“鑰匙”。

陳政清開發(fā)了磁流變拉索減振系統(tǒng)，并對系統(tǒng)內的各個部件進行精心設計，保證了其有效性和耐久性。這種手電筒大小的特殊構件被連在每根拉索的下端，提供了運動的阻力，使得拉索的自由振動衰減，洞庭湖大橋的“顫抖病”頓時痊愈。洞庭湖大橋也成為世界上第一個應用磁流變減振的橋梁工程。

這項成功整治“風雨振”的成果，被美國權威刊物《土木工程》雜志稱為“世界上第一套應用磁流變技術的拉索減振系統(tǒng)”。2003年，包括陳政清這項成果在內的洞庭湖大橋的設計，獲得國家科技進步二等獎。

戰(zhàn)勝洞庭湖大橋“風雨振”之后，陳政清冷靜地考慮了一個問題：在橋梁的建設中，大風很可能還會給我們帶來各種意想不到的難題，要迎接更大的挑戰(zhàn)，就應該擁有更好的實驗手段。

他四處奔波，精心設計，于2004年10月建成了達到國內一流水平的湖南大學風洞實驗室。這個實驗室占地約1800平方米，有兩項技術指標達國內之最，可以用各種人造狂風沖擊大橋模型和重要部件，能為大橋設計提供準確數(shù)據(jù)。

如今，已經(jīng)68歲的陳政清站在這座大實驗室里依然雄心勃勃：“今后，我們的風工程要逐漸從單一的橋梁方向轉向核電站的冷卻塔、風力發(fā)電機、大型輸電塔、房屋抗風、環(huán)境中的有害氣體擴散等多個領域?！?/p>

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