师:同学们,今天我们一起学习第二章计数世界中的设计,内容是计数试验及其方法。先来看个情境,2020 年 7 月 1 日,沪苏通长江公铁大桥开通运行。大桥北起南通,南至张家港,全长 11.07 公里。下层为 4 线铁路,上层为六车道高速公路,是沪苏通铁路、通苏嘉甬铁路和西通高速公路共用的过江通道。这座大桥创造了多项世界之最,主航道主跨 1092 米,是世界上跨度最大的公铁两用桥。它全长约 11 公里,跨江长度近 6 公里,主跨 1092 米。桥位离长江入海口约 150 公里,属长江下游区域,通航繁忙,要求通航净宽达到 900 米,所以桥梁跨度超 1000 米。因大桥上层是六车道高速公路,下层是四线铁路,为承担巨大荷载以及超大跨度主跨,桥梁建造采用了新工艺。钢梁架设首次采用整阶段制造和架设工艺,还专门研发了起重量达 1800 吨的架梁吊机,加快建造速度,降低现场风险,保证质量。
除新工艺,大桥建设还采用许多新材料,432 根斜拉索由单根直径 7 毫米、强度达 2 千兆帕的高强度钢丝组成,这是我国自主研发的。这种钢丝既满足强度需求,单根斜拉索最大索力达 1000 吨,又尽可能减少自重,降低风雨对斜拉索的阻力。
大家可能想问,这么长跨度的大桥,能扛住大风吗?会不会发生涡震呢?大桥采用斜拉桥设计,刚度大,抗风稳定性好,经风洞模拟试验表明可抗 13 级台风。这里的风洞模拟试验属于技术活动中的重要内容,技术活动中为某种目的进行的尝试、检验等探索性实践活动就是技术试验。要是不做技术试验,结果会怎样呢?比如美国的阿什塔比拉河桥垮塌事件,建筑公司对全新铁制材料过于信任,未经技术试验就投入使用,列车经过时,桥梁垮塌,100 多名旅客丧生。还有加拿大的魁北克大桥,采用悬臂桥设计,跨度从设计的 500 米增至施工时的 600 米,未对桥梁自重量精确计算和试验,导致桥在施工中断裂倒塌。所以,通过技术试验能改进和完善设计,降低设计风险和失误概率。接下来学习常见技术试验类型和方法。
根据应用领域,技术试验可分为农业试验、工业试验、国防试验;根据目的不同,可分为性能试验、优化试验、预测试验等。技术试验方法包括强化试验法、优选试验法、模拟试验法、虚拟试验法和移植试验法等。先看大桥的荷载试验。
凌晨 4 点,新康特大桥动载试验开始,首先是刹车试验,4 辆 30 吨重载货车以每小时 40 公里速度在桥上行驶,在多个桥梁测试点急刹车,测量重力惯性传导致桥体时桥梁的晃动和位移数据。早上 6:20,重车行驶压桥试验开始,4 辆大货车并排,分别以每小时 5 公里、20 公里、40 公里、60 公里、80 公里五种时速依次通过桥梁多个数据采集点。我现在就在新康特大桥动载试验的大货车上,在桥梁或路面使用中,可能因重车碾压等出现路面破损或鼓包,车辆通过时会向上跳跃。大家应该能明显感觉到手机晃动,4 辆大货车已通过桥梁中间跳车试验点,桥上多台实验计算机也已获取跳车实验波峰数据。
