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访谈介绍

第13期　特别节目：对话美国国家工程院院士
话题由来：近期，《行业交流》收到多位网友关于与国际桥梁专家面对面的意愿和建议，为满足广大网友的要求，网经多方努力，特邀John W Fisher，A H-S Ang，John M Kulicki等三位国际桥梁专家、美国国家工程院院士做客《行业交流》栏目，倾力打造本期的特别节目。由于各位院士抵达中国的时间非常难协调，现决定采取“记者代网友提问”的形式，力求使网友与各位院士实现最有效的沟通与互动。

本期嘉宾：JohnW.Fisher A.H-S.AngJohn M.Kulicki
　　特邀John W.Fisher，A.H-S.Ang，John M.Kulicki等三位国际桥梁专家、美国国家工程院院士做客《行业交流》栏目，倾力打造本期的特别节目。由于各位院士抵达中国的时间非常难协调，现决定采取“记者代网友提问”的形式，力求使网友与各位院士实现最有效的沟通与互动。

访谈时间：2011-09-26 15:30:00

访谈实录

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网主持人：随着大型交通基础设施建设的飞速发展，钢桥的疲劳与防腐问题、桥梁生命周期费用与性能研究以及桥梁荷载标准制定与实践等问题不仅成为中国业内人士关注与研究的焦点，同样也是国外学者、专家聚焦的重要领域。网诚邀美国John W.Fisher，A.H－S.Ang，John M.Kulicki三位美国国家工程院院士做客《行业交流》栏目，就相关问题回答网友关心的提问，以飨广大网友！

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网主持人：桥梁疲劳与防腐的有效措施，关乎桥梁生命周期费用的消耗与性能的发挥，因此多方并举延长桥梁使用寿命才是关键。首先请问Dr. Fisher，在钢结构防腐方面，目前国际上有哪些先进方法？在中国，利用涂装防腐的方法也只能大致维持12年的时间，在这方面国外有没有更好的防腐方法？

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John W.Fisher：造成钢桥结构腐蚀因素众多，其中雨、雪、撒盐及各种沙粒等都会腐蚀钢桥结构。因此，要想对桥梁防腐，首先应保持桥梁清洁，保持清洁与涂装防腐涂层等防腐方法居于同等重要地位。另外，在对大桥清洁时，至少应保证12年清洁一次，以避免桥梁表面层灰尘、细小杂物、钢板太薄，随着时间的推移，桥梁荷载的增大，德国、法国、意大利、荷兰、日本等国的此种结构桥梁都面临着桥梁疲劳与腐蚀的问题。由于经过大桥的车流量是随机的，随着荷载的增大，一旦应力周期大于焊接点所能承受的能力时，桥梁及桥梁焊接点就会被损伤。

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John W.Fisher：大桥的裂缝及损伤一般不容易被人发现，直到钢板产生裂缝，才会引起人们注意。为了避免车辆超载对大桥结构造成的损伤，一般采用荷载频谱来作为设计标准，美国现在通行的荷载频谱准则比较实用。将车辆产生的应力控制在一个极限范围内，可以延缓桥梁的使用寿命。

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网主持人：非常感谢Dr.Fisher的回答！

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网主持人：Dr. Ang，请问在桥梁生命周期的费用统计性方面应该关注哪些方面呢？

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A.H-S.Ang：在任何的工程系统当中都不会有不确定性，这个不确定性就意味着任何事情不会有100%的保证，进而表示任何一个建筑或者桥梁，都不会是100%的安全，也不会有100%的可靠。因为它有风险，而这个风险就与费用相关。一般来说，当我们想降低风险的时候，总是要多花一些钱，费用会增加，这是一般规律。

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网主持人：请问延长桥梁寿命应该采取哪些措施和方法？

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A.H-S.Ang：在任何一个建筑结构中，延长寿命最重要的措施就是合理科学地维护，同时要定期监测，以及及时修复损伤部位，每隔几年就要做这样的事情。当然这里面还有一条，就是要有一个维持最小花费的合理的监测，同时监测和维护的策略也很重要。对桥梁来说，维护始终是第一重要的，最好的状态是，把桥梁维护到刚刚建成时的状态，或者尽量维持到刚刚建成的情况。

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网主持人：那么我是不是可以这样理解：如果维护做得好，桥梁使用寿命上就会更长？除此之外还有什么其他的措施？

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A.H-S.Ang：是的。另外一个因素是桥梁上车辆的负载。我们现在设计的桥梁所采用的荷载标准，50年后就需要适当提高，这就要求对桥梁进行重新评估，它剩余的寿命还有多长时间？当我们提高桥梁的荷载水平时，监测的周期和修复的周期就会适当地缩短，这些因素是需要综合衡量的。在评估一个桥梁使用寿命的时候，必须要做好维护，才能够达到或者超过桥梁在最初建造时的使用寿命。

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网主持人：谢谢Dr.Ang的回答！

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网主持人：请问Dr. Kulicki，近30年来，混凝土结构的耐久性问题十分突出，各国的工程实践和标准规范都采取了一系列的技术予以处理，请问混凝土的技术下一步应该往哪些方面发展？预计会取得怎样的技术突破，以保证或延长混凝土结构的寿命？

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John M.Kulicki：首先，耐久性定义很难确定，美国也采取了很多办法来提高混凝土的耐久性。尽量少地设计焊接点、加入添加剂、融入环氧材料等手段都有助于提高耐久性。其次，将纤维钢筋加入有形的建筑材料中，也可提高耐久性，防止钢结构的腐蚀。第三，在过去的40年中，采用非金属结构来提高耐久性方面一直没有取得重大突破。防止盐水渗入到混凝土结构中，避免对桥梁腐蚀，现在采用的方法为电化学方法，效果很好。最后，可以适当用非金属结构，以提高桥梁的耐久性。

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John M.Kulicki：在美国，众研究机构投入大量人力、物力、财力来研究高性能钢筋混凝土结构的配合比，提高其抗腐蚀能力和耐久性。此种高性能混凝土配合比的研究除使混凝土强度增加外，盐水渗透速度也变慢了。混凝土与砂石料混合，水与混凝土便会附着在砂石料周围，但也会出现裂缝，效果不是很好。另外，提高高性能混凝土结构的性能，配合比并非是唯一的衡量标准，制造时应严格按施工程序、要求执行及对砂石料等材料的质量把关都不可或缺。

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网主持人：有网友问，在中国有工程质量评定和验收标准，不知道美国有没有类似的标准？如果没有，美国的工程项目的质量是如何评定和验收的呢？

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John M.Kulicki：美国同样存在类似于中国的评定与验收标准。从原材料的采购到工程建设，每一个环节都有适当的检查和检测体系。目前，在美国，设计、施工等各个环节都由同级别公司来监理，以保证每个环节的完全正确并最终确保整体工程的达标。美国业内人士坚信，只有保证过程的正确才能保证结果的正确。在工程竣工后，首要任务是进行安全检查，并且每一项检查都力争做到有案可查，记录在案，为以后项目一旦出现问题查找卷宗打下坚实基础。

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网主持人：在中国，公路上的车辆超载现象相对比较严重，似乎比美国多，超载车辆对公路构筑物的安全性和耐久性构成了严重的威胁。为此，有人建议为适应公路交通运输的需要，应该大幅度提高公路构筑物的设计汽车荷载标准，请问您是如何看待此问题的？如何较好地协调交通运输需求与车辆荷载标准之间的关系？

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John M.Kulicki：在过去的很多年中，美国对荷载标准也进行了多次提高，这也是导致众多旧桥成为废桥的主要原因之一。同时，我认为，没有超载车辆是不现实的。为了减少车辆超载，应通过立法对超载车辆实行严厉的处罚与限制，以确保大桥的正常使用寿命。根据现实情况，公路桥梁承载量是一定的，所以我们也只能在桥梁强度、安全冗余度及稳定性方面做文章。

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John M.Kulicki：另外，在美国，大桥坍塌现象也时有发生，比如明尼苏达州有一座大桥，在对大桥进行后期人为拓宽而导致桥梁负载过重，加上大桥最初设计时的缺陷等多种原因导致了大桥坍塌。

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John M.Kulicki：对于桥梁使用安全问题，美国目前实施桥梁监测计划。此计划规定，大桥至少每2年监测一次，以确保及时发现大桥存在的问题及其产生的环境问题。此计划的好处之一是通过监测可以及时了解到桥梁的工作情况及所存在的问题，并使问题得到及时解决。美国监测方对此计划的执行是非常积极的，通过此计划的开展可以更好地为公众服务。

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网主持人：在中国，经常有人说标准的修订或更新速度太慢，修订周期太长，跟不上客观实践的发展需求，甚至有人说对某些方面可以不要标准，靠临时的专家系统就可以解决问题。据我们所知，美国AASHTO桥梁设计规范标准自20世纪30年代开始成型以来，大致每6年修订一次，但似乎总体上一直没有根本性的变化，请问您如何看待标准的修订速度与工程实践客观需求之间的关系的？应该如何做为好？

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John M.Kulicki：AASHTO标准内容繁多，主题与桥梁相关的每年都有修改，出版成册业已从原来的每6年一次到现在每2年印刷一次。标准修订速度与工程实践客观需求之间的矛盾，在美国也是存在的。坚持标准修订太慢一方表示，标准已经与实践相脱节。认为修订太快一方则坚持表示，无法跟上标准发展速度。

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John M.Kulicki：在AASHTO标准更新过程中，众多研究力量起了重大作用。随着材料的不断增多、荷载的提升及建筑结构、建筑模式的变化，包含众多知识的细则标准更新速度也陡然加速，各机构便会有组织地组织研究者、工程师、一线精英及标准制定者有效结合，对相关技术进行总结、研究，对相关标准进行及时修订，构成了美国AASHTO标准的良性循环。

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网主持人：非常感谢Dr. Kulicki的精彩回答！

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网主持人：在桥梁生命周期与桥梁腐蚀方面，材料起着至关重要的作用，对桥梁质量的把关离不开对材料的质量检测。

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网主持人：请问Dr. Fisher，对于钢桥的疲劳、断裂与腐蚀，从材料方面讲，中国产品与国外差别表现在哪些方面？

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John W.Fisher：桥梁疲劳并非仅源于材料，它是由多个方面组成的。每一种钢桥材料都会有疲劳现象，中国现在能生产出很好的材料，技术也不错，但桥梁却问题不断，原因应该是多方面的。

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网主持人：有网友问，对于钢桥防腐方面，国外最新防腐体系是什么？最新防腐材料都表现在哪些方面？

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John W.Fisher：在防腐体系方面，首先一定保持清洁，其次控制水，隔断水广泛接触桥面。另外，美国现在使用一种耐候钢材料，保护氧化层，将桥梁与潮湿的环境隔离，形成良好的桥梁防腐体系。在镀层方面，铅镀层因环境污染问题在美国已禁止使用。

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John W.Fisher：目前，美国正在使用一种环氧技术，环氧混凝土正交异性结构得到普遍运用。

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网主持人：Dr. Ang，您是桥梁生命周期费用性能方面及抗震和绿色环保设计理念方面的专家，您认为目前这几方面国际上的总体发展趋势怎样？中国与国际上的差距在哪儿？如果中国想提高的话，您有哪些意见和建议呢？

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A.H-S.Ang：你问了三个问题。第一个问题，地震风险的分析或者是抗震的分析，这个在国外已经研究了至少30年以上。现在全世界都在做这个方面的研究，地震分析，主要的一点就是其不确定性的分析。

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A.H-S.Ang：桥梁生命周期和性能是一个相当新的研究领域，它的主要目的就是要寻找一个最佳的设计方案，要最小化费用，再指定一个桥梁的生命周期，比如说50年或者100年的情况下，我要去尽量减小我的开支，那么这个费用不仅仅是包括刚刚建桥梁时的费用，还包括后期维护以及修复费用，当然我们还要考虑桥梁在使用期间发挥的价值。整体来说，本质上就是在一个桥梁生命周期的情况下，最小化它的费用。

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A.H-S.Ang：包括建筑还有桥梁的建筑周期，这里的费用还包括人的费用，比如说如果地震发生了，有的人可能因为地震，在建筑当中丧生，或者受伤了，对这种建筑和桥梁来说是一笔主要的费用，但是核心是时间和可靠性。在最开始建筑桥梁时，可靠性最高，过了一段时间它就会受到一些损伤，性能就会下降，可靠性也会下降，这个时候它需要修复，修复后可靠性提高。周期就是修复的循环，在这两个修复之间叫做监测周期，这个监测周期受时间控制，这就是桥梁关于建筑的生命周期最重要的部分。通过最小化桥梁生命周期的费用来设计桥梁的安全因子。

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A.H-S.Ang：现在世界上每个人都在谈论可持续的理念及绿色环保的理念，那么从我的观点来看，我认为可持续性和绿色环保的理念，归结为一个问题，就是要在工程的系统当中设计有更长使用时间的建筑或者是桥梁。为什么这样说呢？就是要尽量维护一个建筑的结构或者是维护一个桥梁的结构，这比推倒了重新建一个要更加地节省能源。因为它不需要新的材料去推翻一个旧的建筑，所以它会是一个低碳的。需要那么多的新的材料，在维护方面做好对绿色理念和可持续性都是很重要的，当然这里面还有一个问题就是要把建筑和桥梁安全可靠性和耐久性维持在一个相对稳定的水平线上，所以从技术上来说，绿色的理念、可持续性这种观念，基本的概念还是回归到安全性及生命周期花费的关系上来，所以从这个角度来看，绿色理念和可持续发展到最后就是安全性和生命周期花费上的问题。

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网主持人：在桥梁建设过程中，费用方面的重心应该投在哪里？怎样分配更合理？从而减少不必要的花费。

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A.H-S.Ang：当我们在增加更多投入的时候，它们的性能不一定会提高，质量也未必能得到提高，那么它的重心在哪呢？就是在维护稳定性上。要投在稳定性上，其中就包括修复这个建筑或者桥梁上，那么在两个修复之间，我们要对它进行周期的检测，这部分也是要重点投入的。所以总体来说，一个就是维护它的稳定性，还有一个就是要定期地监测，监测之后要去修复和完善，这部分是主要的工作，也是集中精力要做的事情。

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网主持人：请问目前在抗震方面，美国的设计原则、设计流程和方法都有哪些？

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A.H-S.Ang：在美国，最新的抗震设计方法就是基于性能的设计。关于流程，基于性能的设计本身就是一个过程。首先，当你建设一个建筑物的时候，你去设计一个建筑，把你的方案拿去做地震的分析，分析地震情况下的状况，这就是它的过程；评估的过程，就是不断地加大地震的强度，这个建筑坍塌了，在这个过程中去做非线性的分析，看它在地震中的性能。

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网主持人：非常感谢三位院士的精彩解答！也非常感谢各位网友的关注！我们下期再见！

网友问答

hejijun：目前美国的抗震设计流程和方法？

A.H-S.Ang：在美国，最新的抗震设计方法就是基于性能的设计；关于流程，基于性能这个设计本身就是一个过程，首先，当你建设一个建筑物的时候，你去设计一个建筑，把你的方案拿去做地震的分析，分析一下地震情况下的状况，这就是它的过程；评估的过程，就是不断地加大地震的强度，这个建筑坍塌了，在这个过程中去做非线性的分析，看它在地震中的性能。

现场图片

A.H-S.Ang签名留念

John M.Kulicki签名留念

John W.Fisher与记者合影

A.H-S.Ang

W.Fisher与记者交流

John M.Kulicki

A.H-S.Ang与记者交流

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