【編者按】9月10日,中國工程建設標準國際化論壇在廣西南寧隆重舉辦。此次論壇旨在打造高水平、高效率、高規格的標準國際化學術交流平臺,共設置開幕式、主旨報告、院士論壇、高端對話、高端沙龍等板塊。其中,在高端沙龍環節,廣西大學校長韓林海、長安大學校長沙愛民、住房和城鄉建設部標準定額研究所副所長李大偉、中國鐵路經濟規劃研究院有限公司技術標準所原所長倪光斌、中國建筑標準設計研究院有限公司董事長李存東、建研建材有限公司董事長冷發光,以“致敬標準化工作者,弘揚科學家精神”為主題,圍繞標準科技創新、標準國際化等議題進行了深入交流。沙龍由中國工程建設標準化協會副秘書長蔡成軍主持。編輯部對專家發言進行了整理,精彩內容將持續推出,敬請關注。
廣西大學教授、校長,清華大學教授,標準大師 韓林海:
主持人:
請廣西大學韓林海校長分享這些年在從事標準化工作特別是鋼管混凝土結構技術研究、標準編制、國際標準參與方面的經驗體會。
韓林海:
很高興有機會與各位同行探討標準化工作問題。在這一方面,我也處在向各位嘉賓與同行們學習的過程中。
我的研究領域是鋼管混凝土結構,因其能充分發揮鋼材與混凝土兩種材料的優勢,該類結構的力學性能優越、施工便捷、經濟性能好。大量的工程實踐已表明,因地制宜、科學合理地采用鋼管混凝土結構時,其技術與經濟效果具有顯著的競爭力。
當前,鋼管混凝土結構已成為結構工程的重要發展方向之一,其學科體系逐步趨于完善。相應地,該類結構已被廣泛應用于標志性土木工程主體結構中,不斷在結構高度、跨度等方面實現世界級突破。比方說,大家比較熟悉的標志性工程,北京中信大廈即北京中國尊、廣州新電視塔等高層、高聳結構;再比方說,墩高196米的9度抗震設防區世界最高墩-涼山金陽河特大橋等橋梁結構。在此背景下,在我國科研、設計與施工等各界人員共同努力的基礎上,鋼管混凝土結構領域的標準體系也得到了完善,這對于保障其全壽期安全起到了重要作用。
在鋼管混凝土結構技術標準工作方面,我謹與各位嘉賓分享我的理解和體會,談不上經驗。
面向重大工程實踐,持續系統性地強化鋼管混凝土結構基礎理論研究,是制訂好鋼管混凝土結構技術標準的基石。作為當代重大土木工程主體結構的優選形式之一,鋼管混凝土結構全壽期內應安全抵御復雜受力、長期荷載等常遇作用以及地震、撞擊、火災等極端作用。因此,基于全壽期性能演化的安全性分析理論至關重要。
安全性分析理論包括:對鋼管混凝土結構組合作用與混合作用的揭示;對鋼管混凝土結構中以高離散性為特征的混凝土性能的準確定量表征,核心混凝土在瞬時應力、長期應力、循環應力、高溫下及高溫作用后的系列本構模型;以及在長壽命條件下、復雜受力工況下、地震與火災等極端作用下,鋼管混凝土結構承載力計算體系的構建。我本人所開展的研究工作,也正是基于主體結構全壽期安全性這一理念,逐漸對鋼管混凝土結構構建起安全性分析的基礎理論體系。
基礎理論研究成果,只有經過大量的、長期的、反復的工程實踐檢驗,需要行業同行們共同努力,產學研深度融合,才能可靠地應用到技術標準制訂中,這個過程是艱苦的,然而也是非常重要的。例如鋼管混凝土結構全壽期安全分析理論中,長期荷載作用下的承載力計算模型,被應用于高528米、8度抗震設防區世界最高樓-北京中國尊鋼管混凝土巨柱設計,工程柱段實測數據表明長期變形計算誤差僅為3.3%,巨柱受力可靠性得到長達8.2年的實體實測結果驗證,該實測研究目前還在持續進行中。
基于長期的基礎理論研究、工程實踐以及工程界同仁共同努力,制定了國家標準《鋼管混凝土混合結構技術標準》GB/T 51446-2021中、英文版等6部技術標準。其中,國家標準得到英國結構工程師學會期刊The Structural Engineer專欄“Research update”專題報道稱,“首次為合理設計鋼管混凝土混合結構創造了條件”;中國工程建設標準化協會標準《鋼管混凝土加勁混合結構技術規程》T/CECS 663-2020,在2022年獲得了標準科技創新獎一等獎。這些對我國鋼管混凝土結構領域技術標準體系開展的構建與完善工作,對于領域標準的自主化是至關重要的。我就談這些,拋磚引玉,懇請大家批評指正。謝謝大家!
主持人:
您長期致力于鋼管混凝土結構研究,建立了鋼管混凝土結構全壽期安全性分析理論與設計技術體系,系統構建了我國自主的鋼管混凝土混合結構技術標準體系,想請您談談,高性能鋼管混凝土混合結構形式,在國內外應用發展前景如何,下一步,如何更好地發揮標準引領作用,進一步完善鋼管混凝土結構標準體系,特別是提升在國際標準組織的話語權方面,您有什么打算?
韓林海:
重大土木工程主體結構的應用與發展,與國家的重大戰略、部署及需求息息相關。
2020年,國務院提出了“關于新時代推進西部大開發形成新格局的指導意見”,提出了強化基礎設施規劃建設目標,將加強橫貫東西、縱貫南北的運輸通道建設,拓展區域開發軸線,強化資源能源開發地干線通道規劃建設,加快川藏鐵路、沿江高鐵、渝昆高鐵等重大工程規劃建設。
與之相應地,落實到我們土木工程領域,是如何針對重大土木工程向我國西部地區多見的深山峽谷、強震泥石流頻發區等惡劣工程環境縱深發展這一迫切需求,解決與之匹配的高性能主體結構形式及貫通其施工、服役全過程的共性技術的嚴峻挑戰。
為此,在我國科研、設計與施工等工作者科技成果積累的基礎上,提出了以鋼管混凝土為主要構件,與其他構(部)件優化混合而成且共同工作的鋼管混凝土混合結構概念,發展了高性能鋼管混凝土混合結構形式,包括桁式、加勁、中空夾層等形式,提升了結構承載能力,拓展了大型復雜土木工程主體結構體系的安全適用范圍。
發明了保障混合作用的連接節點與結構構造,突破了該類結構設計的關鍵共性技術瓶頸。研發了鋼管混凝土混合結構連接節點的三維科學測試裝置,解決了鋼管混凝土弦桿側向傾斜承壓測試難題,明晰了節點受力特性。據此建立了貫通施工與服役全過程的鋼管混凝土混合結構分析方法,提出了其在施工期結構形式動態轉換過程中的鋼管初應力、鋼管內混凝土脫空容限等關鍵性安全判據;實現了其時變模擬及多工況承載力準確預測,解決了以往半經驗計算方法無法實現該類結構全壽期安全性設計的難題。
鋼管混凝土混合結構已被廣泛應用于建筑、公路、鐵路和電力等行業的工程主體結構。比如被應用于世界首座全鋼管混凝土桁梁橋-雅安干海子特大橋,較原簡支橋梁方案減少混凝土用量約 60%,繼而被推廣至世界最長鋼管混凝土桁梁橋-長6431米的汶川克枯特大橋,二者分別安全抵御了2013年雅安里氏7.0級地震、2019年8·20特大泥石流撞擊極端作用;被應用于首座百米級中空夾層鋼管混凝土輸電塔-杭州育苗線輸電塔,并被先后應用于370米高舟山大跨越塔、380米高西堠門塔,連續突破輸電塔世界高度極限,舟山大跨越塔較原鋼塔方案降低直接造價30%;還被應用于高600米的世界最高鋼管混凝土電視塔-廣州新電視塔、墩高196米的9度抗震設防區世界最高墩-涼山金陽河特大橋等標志性工程。
在標準國際化方面,我謹與各位嘉賓分享一下我的理解,談不上經驗。
當前,我國已成為鋼管混凝土結構領域的應用大國,這與我國幅員遼闊、地形多樣、多災頻發這一獨特的“中國建造”環境有很強的聯系。以鋼管混凝土混合結構為代表的高性能主體結構新形式,以及貫通其施工、服役全過程的安全性分析理論與共性技術體系的構建與完善,均支撐了鋼管混凝土結構應用的高速發展。在此基礎上,我們還應在技術標準體系的自主化與國際化方面,提出具有國際影響力的“中國方案”。為此,主編了國際首部中空夾層鋼管混凝土結構英文設計指南,獲授權主持制定國際標準 ISO/DIS 16521 Design standard for concrete-filled steel tubular (CFST) hybrid structures。在標準體系構建的同時,也要重視參與ISO國際標準化組織的相關事務工作。以我個人為例,目前擔任國際標準化組織“混凝土、鋼筋混凝土和預應力混凝土”技術委員會(ISO/TC71)主席顧問組委員、WG2工作組召集人。這些工作,均對理解、促進標準國際化的工作有積極作用。
最后,我很高興地向大家介紹,今年11月27-30日,在廣西南寧將召開國際標準化組織“混凝土、鋼筋混凝土和預應力混凝土”技術委員會,也就是大家所知的ISO/TC71技術委員會的第28屆全體會議,該會議由廣西大學、中國工程建設標準化協會等單位共同承辦,誠摯地邀請各位嘉賓蒞臨參加!
主持人:
請您結合本人工作和專業實際,概括起來,在工程建設標準化領域,如何更好地堅持和弘揚科學家精神和大國工匠精神。
韓林海:
主持人提出了一個非常深刻的問題,在工程建設標準化領域,堅持和弘揚科學家精神和大國工匠精神是至關重要的。
這就要求我們,作為工程建設標準化領域的科研人員,始終胸懷“國之大者”,堅持面向土木工程基礎理論之世界科技前沿,面向國家重大工程基礎設施之主戰場,面向“西部陸海新通道”等國家戰略之重大需求,面向全壽期主體結構安全之民生所托,不斷向土木工程科學的技術廣度和深度進軍。
同時要求我們,以長遠為甘、久久為功,不能急功近利、心浮氣躁。要敢于“啃硬骨頭”,不能盲目追蹤所謂的“熱點”。
在過去30多年的時間里,團隊成員們團結協作,抱著強烈的責任心,經過持續的、反復的試驗研究、理論分析及工程實體實測研究,在行業同仁們的共同努力下,制定了國家標準《鋼管混凝土混合結構技術標準》GB/T 51446-2021等系列技術標準。在編制過程中,對標準中的每一個條文、每一個公式、每一個圖表等都反復地斟酌和推敲,盡力確保準確無誤,這是一個長期的、艱苦的、甚至是枯燥的過程,但大家做到了堅持、堅守。
我想,科學家也好,大國工匠也好,均是堅持守正創新,均是堅持勤懇樸誠,均是堅持團結協作,均是堅持心懷敬畏、久久為功、精益求精,不斷解決真問題、真解決問題。這兩個群體的精神內核是相通的,也給我們標準國際化的道路指引了方向。
標準國際化的道路沒有捷徑,唯有科學家精神和大國工匠精神引領。
專家簡介
韓林海,工學博士、教授。長期致力于鋼管混凝土結構研究,建立了其全壽期安全性分析理論與設計技術體系,創新性發展了高性能鋼管混凝土混合結構形式,實現了大型復雜土木工程主體結構體系安全適用范圍的拓展。主持制定了國家標準《鋼管混凝土混合結構技術標準》GB/T 51446-2021,獲授權主持制定國際標準ISO/DIS 16521 Design standard for concrete-filled steel tubular (CFST) hybrid structures。以第1完成人獲國家自然科學二等獎(2019年)、教育部高等學校科學研究優秀成果獎自然科學一等獎(2022年),并獲第三屆全國創新爭先獎狀、“標準科技創新獎”標準大師稱號。為首批國家“百千萬人才工程”第一、二層次人選,獲國家杰出青年科學基金資助,獲聘教育部長江學者特聘教授。現任廣西大學教授、校長,西部陸海新通道發展研究院院長,清華大學教授。
背景材料
鋼管混凝土是在鋼管中填充混凝土而成的一種結構形式,因其充分發揮了鋼材與混凝土兩種材料的優勢,力學性能優越、施工便捷、經濟性能好,已被廣泛應用于建筑、公路、鐵路和電力等行業的工程主體結構,技術與經濟效果顯著。該領域國家標準《鋼管混凝土混合結構技術標準》GB/T 51446-2021于2021年頒布實施,相應的國際標準ISO/DIS 16521 Design standard for concrete-filled steel tubular (CFST) hybrid structures正在制定中。