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訪談介紹

第13期　特別節(jié)目：對話美國國家工程院院士
話題由來：近期，《行業(yè)交流》收到多位網(wǎng)友關(guān)于與國際橋梁專家面對面的意愿和建議，為滿足廣大網(wǎng)友的要求，中國橋梁網(wǎng)經(jīng)多方努力，特邀John W Fisher，A H-S Ang，John M Kulicki等三位國際橋梁專家、美國國家工程院院士做客《行業(yè)交流》欄目，傾力打造本期的特別節(jié)目。由于各位院士抵達中國的時間非常難協(xié)調(diào)，現(xiàn)決定采取“記者代網(wǎng)友提問”的形式，力求使網(wǎng)友與各位院士實現(xiàn)最有效的溝通與互動。

本期嘉賓：JohnW.Fisher A.H-S.AngJohn M.Kulicki
　　特邀John W.Fisher，A.H-S.Ang，John M.Kulicki等三位國際橋梁專家、美國國家工程院院士做客《行業(yè)交流》欄目，傾力打造本期的特別節(jié)目。由于各位院士抵達中國的時間非常難協(xié)調(diào)，現(xiàn)決定采取“記者代網(wǎng)友提問”的形式，力求使網(wǎng)友與各位院士實現(xiàn)最有效的溝通與互動。

訪談時間：2011-09-26 15:30:00

訪談實錄

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中國橋梁網(wǎng)主持人：隨著大型交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的飛速發(fā)展，鋼橋的疲勞與防腐問題、橋梁生命周期費用與性能研究以及橋梁荷載標準制定與實踐等問題不僅成為中國業(yè)內(nèi)人士關(guān)注與研究的焦點，同樣也是國外學(xué)者、專家聚焦的重要領(lǐng)域。中國橋梁網(wǎng)誠邀美國John W.Fisher，A.H－S.Ang，John M.Kulicki三位美國國家工程院院士做客《行業(yè)交流》欄目，就相關(guān)問題回答網(wǎng)友關(guān)心的提問，以饗廣大網(wǎng)友！

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中國橋梁網(wǎng)主持人：橋梁疲勞與防腐的有效措施，關(guān)乎橋梁生命周期費用的消耗與性能的發(fā)揮，因此多方并舉延長橋梁使用壽命才是關(guān)鍵。首先請問Dr. Fisher，在鋼結(jié)構(gòu)防腐方面，目前國際上有哪些先進方法？在中國，利用涂裝防腐的方法也只能大致維持12年的時間，在這方面國外有沒有更好的防腐方法？

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John W.Fisher：造成鋼橋結(jié)構(gòu)腐蝕因素眾多，其中雨、雪、撒鹽及各種沙粒等都會腐蝕鋼橋結(jié)構(gòu)。因此，要想對橋梁防腐，首先應(yīng)保持橋梁清潔，保持清潔與涂裝防腐涂層等防腐方法居于同等重要地位。另外，在對大橋清潔時，至少應(yīng)保證12年清潔一次，以避免橋梁表面層灰塵、細小雜物、鋼板太薄，隨著時間的推移，橋梁荷載的增大，德國、法國、意大利、荷蘭、日本等國的此種結(jié)構(gòu)橋梁都面臨著橋梁疲勞與腐蝕的問題。由于經(jīng)過大橋的車流量是隨機的，隨著荷載的增大，一旦應(yīng)力周期大于焊接點所能承受的能力時，橋梁及橋梁焊接點就會被損傷。

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John W.Fisher：大橋的裂縫及損傷一般不容易被人發(fā)現(xiàn)，直到鋼板產(chǎn)生裂縫，才會引起人們注意。為了避免車輛超載對大橋結(jié)構(gòu)造成的損傷，一般采用荷載頻譜來作為設(shè)計標準，美國現(xiàn)在通行的荷載頻譜準則比較實用。將車輛產(chǎn)生的應(yīng)力控制在一個極限范圍內(nèi)，可以延緩橋梁的使用壽命。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：非常感謝Dr.Fisher的回答！

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中國橋梁網(wǎng)主持人：Dr. Ang，請問在橋梁生命周期的費用統(tǒng)計性方面應(yīng)該關(guān)注哪些方面呢？

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A.H-S.Ang：在任何的工程系統(tǒng)當中都不會有不確定性，這個不確定性就意味著任何事情不會有100%的保證，進而表示任何一個建筑或者橋梁，都不會是100%的安全，也不會有100%的可靠。因為它有風(fēng)險，而這個風(fēng)險就與費用相關(guān)。一般來說，當我們想降低風(fēng)險的時候，總是要多花一些錢，費用會增加，這是一般規(guī)律。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：請問延長橋梁壽命應(yīng)該采取哪些措施和方法？

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A.H-S.Ang：在任何一個建筑結(jié)構(gòu)中，延長壽命最重要的措施就是合理科學(xué)地維護，同時要定期監(jiān)測，以及及時修復(fù)損傷部位，每隔幾年就要做這樣的事情。當然這里面還有一條，就是要有一個維持最小花費的合理的監(jiān)測，同時監(jiān)測和維護的策略也很重要。對橋梁來說，維護始終是第一重要的，最好的狀態(tài)是，把橋梁維護到剛剛建成時的狀態(tài)，或者盡量維持到剛剛建成的情況。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：那么我是不是可以這樣理解：如果維護做得好，橋梁使用壽命上就會更長？除此之外還有什么其他的措施？

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A.H-S.Ang：是的。另外一個因素是橋梁上車輛的負載。我們現(xiàn)在設(shè)計的橋梁所采用的荷載標準，50年后就需要適當提高，這就要求對橋梁進行重新評估，它剩余的壽命還有多長時間？當我們提高橋梁的荷載水平時，監(jiān)測的周期和修復(fù)的周期就會適當?shù)乜s短，這些因素是需要綜合衡量的。在評估一個橋梁使用壽命的時候，必須要做好維護，才能夠達到或者超過橋梁在最初建造時的使用壽命。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：謝謝Dr.Ang的回答！

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中國橋梁網(wǎng)主持人：請問Dr. Kulicki，近30年來，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題十分突出，各國的工程實踐和標準規(guī)范都采取了一系列的技術(shù)予以處理，請問混凝土的技術(shù)下一步應(yīng)該往哪些方面發(fā)展？預(yù)計會取得怎樣的技術(shù)突破，以保證或延長混凝土結(jié)構(gòu)的壽命？

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John M.Kulicki：首先，耐久性定義很難確定，美國也采取了很多辦法來提高混凝土的耐久性。盡量少地設(shè)計焊接點、加入添加劑、融入環(huán)氧材料等手段都有助于提高耐久性。其次，將纖維鋼筋加入有形的建筑材料中，也可提高耐久性，防止鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。第三，在過去的40年中，采用非金屬結(jié)構(gòu)來提高耐久性方面一直沒有取得重大突破。防止鹽水滲入到混凝土結(jié)構(gòu)中，避免對橋梁腐蝕，現(xiàn)在采用的方法為電化學(xué)方法，效果很好。最后，可以適當用非金屬結(jié)構(gòu)，以提高橋梁的耐久性。

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John M.Kulicki：在美國，眾研究機構(gòu)投入大量人力、物力、財力來研究高性能鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的配合比，提高其抗腐蝕能力和耐久性。此種高性能混凝土配合比的研究除使混凝土強度增加外，鹽水滲透速度也變慢了。混凝土與砂石料混合，水與混凝土便會附著在砂石料周圍，但也會出現(xiàn)裂縫，效果不是很好。另外，提高高性能混凝土結(jié)構(gòu)的性能，配合比并非是唯一的衡量標準，制造時應(yīng)嚴格按施工程序、要求執(zhí)行及對砂石料等材料的質(zhì)量把關(guān)都不可或缺。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：有網(wǎng)友問，在中國有工程質(zhì)量評定和驗收標準，不知道美國有沒有類似的標準？如果沒有，美國的工程項目的質(zhì)量是如何評定和驗收的呢？

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John M.Kulicki：美國同樣存在類似于中國的評定與驗收標準。從原材料的采購到工程建設(shè)，每一個環(huán)節(jié)都有適當?shù)臋z查和檢測體系。目前，在美國，設(shè)計、施工等各個環(huán)節(jié)都由同級別公司來監(jiān)理，以保證每個環(huán)節(jié)的完全正確并最終確保整體工程的達標。美國業(yè)內(nèi)人士堅信，只有保證過程的正確才能保證結(jié)果的正確。在工程竣工后，首要任務(wù)是進行安全檢查，并且每一項檢查都力爭做到有案可查，記錄在案，為以后項目一旦出現(xiàn)問題查找卷宗打下堅實基礎(chǔ)。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：在中國，公路上的車輛超載現(xiàn)象相對比較嚴重，似乎比美國多，超載車輛對公路構(gòu)筑物的安全性和耐久性構(gòu)成了嚴重的威脅。為此，有人建議為適應(yīng)公路交通運輸?shù)男枰?，?yīng)該大幅度提高公路構(gòu)筑物的設(shè)計汽車荷載標準，請問您是如何看待此問題的？如何較好地協(xié)調(diào)交通運輸需求與車輛荷載標準之間的關(guān)系？

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John M.Kulicki：在過去的很多年中，美國對荷載標準也進行了多次提高，這也是導(dǎo)致眾多舊橋成為廢橋的主要原因之一。同時，我認為，沒有超載車輛是不現(xiàn)實的。為了減少車輛超載，應(yīng)通過立法對超載車輛實行嚴厲的處罰與限制，以確保大橋的正常使用壽命。根據(jù)現(xiàn)實情況，公路橋梁承載量是一定的，所以我們也只能在橋梁強度、安全冗余度及穩(wěn)定性方面做文章。

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John M.Kulicki：另外，在美國，大橋坍塌現(xiàn)象也時有發(fā)生，比如明尼蘇達州有一座大橋，在對大橋進行后期人為拓寬而導(dǎo)致橋梁負載過重，加上大橋最初設(shè)計時的缺陷等多種原因?qū)е铝舜髽蛱?/li>

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John M.Kulicki：對于橋梁使用安全問題，美國目前實施橋梁監(jiān)測計劃。此計劃規(guī)定，大橋至少每2年監(jiān)測一次，以確保及時發(fā)現(xiàn)大橋存在的問題及其產(chǎn)生的環(huán)境問題。此計劃的好處之一是通過監(jiān)測可以及時了解到橋梁的工作情況及所存在的問題，并使問題得到及時解決。美國監(jiān)測方對此計劃的執(zhí)行是非常積極的，通過此計劃的開展可以更好地為公眾服務(wù)。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：在中國，經(jīng)常有人說標準的修訂或更新速度太慢，修訂周期太長，跟不上客觀實踐的發(fā)展需求，甚至有人說對某些方面可以不要標準，靠臨時的專家系統(tǒng)就可以解決問題。據(jù)我們所知，美國AASHTO橋梁設(shè)計規(guī)范標準自20世紀30年代開始成型以來，大致每6年修訂一次，但似乎總體上一直沒有根本性的變化，請問您如何看待標準的修訂速度與工程實踐客觀需求之間的關(guān)系的？應(yīng)該如何做為好？

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John M.Kulicki：AASHTO標準內(nèi)容繁多，主題與橋梁相關(guān)的每年都有修改，出版成冊業(yè)已從原來的每6年一次到現(xiàn)在每2年印刷一次。標準修訂速度與工程實踐客觀需求之間的矛盾，在美國也是存在的。堅持標準修訂太慢一方表示，標準已經(jīng)與實踐相脫節(jié)。認為修訂太快一方則堅持表示，無法跟上標準發(fā)展速度。

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John M.Kulicki：在AASHTO標準更新過程中，眾多研究力量起了重大作用。隨著材料的不斷增多、荷載的提升及建筑結(jié)構(gòu)、建筑模式的變化，包含眾多知識的細則標準更新速度也陡然加速，各機構(gòu)便會有組織地組織研究者、工程師、一線精英及標準制定者有效結(jié)合，對相關(guān)技術(shù)進行總結(jié)、研究，對相關(guān)標準進行及時修訂，構(gòu)成了美國AASHTO標準的良性循環(huán)。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：非常感謝Dr. Kulicki的精彩回答！

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中國橋梁網(wǎng)主持人：在橋梁生命周期與橋梁腐蝕方面，材料起著至關(guān)重要的作用，對橋梁質(zhì)量的把關(guān)離不開對材料的質(zhì)量檢測。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：請問Dr. Fisher，對于鋼橋的疲勞、斷裂與腐蝕，從材料方面講，中國產(chǎn)品與國外差別表現(xiàn)在哪些方面？

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John W.Fisher：橋梁疲勞并非僅源于材料，它是由多個方面組成的。每一種鋼橋材料都會有疲勞現(xiàn)象，中國現(xiàn)在能生產(chǎn)出很好的材料，技術(shù)也不錯，但橋梁卻問題不斷，原因應(yīng)該是多方面的。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：有網(wǎng)友問，對于鋼橋防腐方面，國外最新防腐體系是什么？最新防腐材料都表現(xiàn)在哪些方面？

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John W.Fisher：在防腐體系方面，首先一定保持清潔，其次控制水，隔斷水廣泛接觸橋面。另外，美國現(xiàn)在使用一種耐候鋼材料，保護氧化層，將橋梁與潮濕的環(huán)境隔離，形成良好的橋梁防腐體系。在鍍層方面，鉛鍍層因環(huán)境污染問題在美國已禁止使用。

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John W.Fisher：目前，美國正在使用一種環(huán)氧技術(shù)，環(huán)氧混凝土正交異性結(jié)構(gòu)得到普遍運用。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：Dr. Ang，您是橋梁生命周期費用性能方面及抗震和綠色環(huán)保設(shè)計理念方面的專家，您認為目前這幾方面國際上的總體發(fā)展趨勢怎樣？中國與國際上的差距在哪兒？如果中國想提高的話，您有哪些意見和建議呢？

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A.H-S.Ang：你問了三個問題。第一個問題，地震風(fēng)險的分析或者是抗震的分析，這個在國外已經(jīng)研究了至少30年以上?，F(xiàn)在全世界都在做這個方面的研究，地震分析，主要的一點就是其不確定性的分析。

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A.H-S.Ang：橋梁生命周期和性能是一個相當新的研究領(lǐng)域，它的主要目的就是要尋找一個最佳的設(shè)計方案，要最小化費用，再指定一個橋梁的生命周期，比如說50年或者100年的情況下，我要去盡量減小我的開支，那么這個費用不僅僅是包括剛剛建橋梁時的費用，還包括后期維護以及修復(fù)費用，當然我們還要考慮橋梁在使用期間發(fā)揮的價值。整體來說，本質(zhì)上就是在一個橋梁生命周期的情況下，最小化它的費用。

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A.H-S.Ang：包括建筑還有橋梁的建筑周期，這里的費用還包括人的費用，比如說如果地震發(fā)生了，有的人可能因為地震，在建筑當中喪生，或者受傷了，對這種建筑和橋梁來說是一筆主要的費用，但是核心是時間和可靠性。在最開始建筑橋梁時，可靠性最高，過了一段時間它就會受到一些損傷，性能就會下降，可靠性也會下降，這個時候它需要修復(fù)，修復(fù)后可靠性提高。周期就是修復(fù)的循環(huán)，在這兩個修復(fù)之間叫做監(jiān)測周期，這個監(jiān)測周期受時間控制，這就是橋梁關(guān)于建筑的生命周期最重要的部分。通過最小化橋梁生命周期的費用來設(shè)計橋梁的安全因子。

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A.H-S.Ang：現(xiàn)在世界上每個人都在談?wù)摽沙掷m(xù)的理念及綠色環(huán)保的理念，那么從我的觀點來看，我認為可持續(xù)性和綠色環(huán)保的理念，歸結(jié)為一個問題，就是要在工程的系統(tǒng)當中設(shè)計有更長使用時間的建筑或者是橋梁。為什么這樣說呢？就是要盡量維護一個建筑的結(jié)構(gòu)或者是維護一個橋梁的結(jié)構(gòu)，這比推倒了重新建一個要更加地節(jié)省能源。因為它不需要新的材料去推翻一個舊的建筑，所以它會是一個低碳的。需要那么多的新的材料，在維護方面做好對綠色理念和可持續(xù)性都是很重要的，當然這里面還有一個問題就是要把建筑和橋梁安全可靠性和耐久性維持在一個相對穩(wěn)定的水平線上，所以從技術(shù)上來說，綠色的理念、可持續(xù)性這種觀念，基本的概念還是回歸到安全性及生命周期花費的關(guān)系上來，所以從這個角度來看，綠色理念和可持續(xù)發(fā)展到最后就是安全性和生命周期花費上的問題。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：在橋梁建設(shè)過程中，費用方面的重心應(yīng)該投在哪里？怎樣分配更合理？從而減少不必要的花費。

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A.H-S.Ang：當我們在增加更多投入的時候，它們的性能不一定會提高，質(zhì)量也未必能得到提高，那么它的重心在哪呢？就是在維護穩(wěn)定性上。要投在穩(wěn)定性上，其中就包括修復(fù)這個建筑或者橋梁上，那么在兩個修復(fù)之間，我們要對它進行周期的檢測，這部分也是要重點投入的。所以總體來說，一個就是維護它的穩(wěn)定性，還有一個就是要定期地監(jiān)測，監(jiān)測之后要去修復(fù)和完善，這部分是主要的工作，也是集中精力要做的事情。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：請問目前在抗震方面，美國的設(shè)計原則、設(shè)計流程和方法都有哪些？

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A.H-S.Ang：在美國，最新的抗震設(shè)計方法就是基于性能的設(shè)計。關(guān)于流程，基于性能的設(shè)計本身就是一個過程。首先，當你建設(shè)一個建筑物的時候，你去設(shè)計一個建筑，把你的方案拿去做地震的分析，分析地震情況下的狀況，這就是它的過程；評估的過程，就是不斷地加大地震的強度，這個建筑坍塌了，在這個過程中去做非線性的分析，看它在地震中的性能。

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中國橋梁網(wǎng)主持人：非常感謝三位院士的精彩解答！也非常感謝各位網(wǎng)友的關(guān)注！我們下期再見！

網(wǎng)友問答

hejijun：目前美國的抗震設(shè)計流程和方法？

A.H-S.Ang：在美國，最新的抗震設(shè)計方法就是基于性能的設(shè)計；關(guān)于流程，基于性能這個設(shè)計本身就是一個過程，首先，當你建設(shè)一個建筑物的時候，你去設(shè)計一個建筑，把你的方案拿去做地震的分析，分析一下地震情況下的狀況，這就是它的過程；評估的過程，就是不斷地加大地震的強度，這個建筑坍塌了，在這個過程中去做非線性的分析，看它在地震中的性能。

現(xiàn)場圖片

A.H-S.Ang簽名留念

John M.Kulicki簽名留念

John W.Fisher與記者合影

A.H-S.Ang

W.Fisher與記者交流

John M.Kulicki

A.H-S.Ang與記者交流

John W.Fisher回答網(wǎng)友提問