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中国工程建设标准化协会

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标准科技创新专家谈:广西大学校长韩林海
作者:admin 单位:中国工程建设标准化协会
【编者按】9月10日,中国工程建设标准国际化论坛在广西南宁隆重举办。此次论坛旨在打造高水平、高效率、高规格的标准国际化学术交流平台,共设置开幕式、主旨报告、院士论坛、高端对话、高端沙龙等板块。其中,在高端沙龙环节,广西大学校长韩林海、长安大学校长沙爱民、住房和城乡建设部标准定额研究所副所长李大伟、中国铁路经济规划研究院有限公司技术标准所原所长倪光斌、中国建筑标准设计研究院有限公司董事长李存东、建研建材有限公司董事长冷发光,以“致敬标准化工作者,弘扬科学家精神”为主题,围绕标准科技创新、标准国际化等议题进行了深入交流。沙龙由中国工程建设标准化协会副秘书长蔡成军主持。编辑部对专家发言进行了整理,精彩内容将持续推出,敬请关注。

 
广西大学教授、校长,清华大学教授,标准大师 韩林海:
 
 
主持人:
请广西大学韩林海校长分享这些年在从事标准化工作特别是钢管混凝土结构技术研究、标准编制、国际标准参与方面的经验体会。
 
韩林海:
很高兴有机会与各位同行探讨标准化工作问题。在这一方面,我也处在向各位嘉宾与同行们学习的过程中。
我的研究领域是钢管混凝土结构,因其能充分发挥钢材与混凝土两种材料的优势,该类结构的力学性能优越、施工便捷、经济性能好。大量的工程实践已表明,因地制宜、科学合理地采用钢管混凝土结构时,其技术与经济效果具有显著的竞争力。
当前,钢管混凝土结构已成为结构工程的重要发展方向之一,其学科体系逐步趋于完善。相应地,该类结构已被广泛应用于标志性土木工程主体结构中,不断在结构高度、跨度等方面实现世界级突破。比方说,大家比较熟悉的标志性工程,北京中信大厦即北京中国尊、广州新电视塔等高层、高耸结构;再比方说,墩高196米的9度抗震设防区世界最高墩-凉山金阳河特大桥等桥梁结构。在此背景下,在我国科研、设计与施工等各界人员共同努力的基础上,钢管混凝土结构领域的标准体系也得到了完善,这对于保障其全寿期安全起到了重要作用。
在钢管混凝土结构技术标准工作方面,我谨与各位嘉宾分享我的理解和体会,谈不上经验。
面向重大工程实践,持续系统性地强化钢管混凝土结构基础理论研究,是制订好钢管混凝土结构技术标准的基石。作为当代重大土木工程主体结构的优选形式之一,钢管混凝土结构全寿期内应安全抵御复杂受力、长期荷载等常遇作用以及地震、撞击、火灾等极端作用。因此,基于全寿期性能演化的安全性分析理论至关重要。
安全性分析理论包括:对钢管混凝土结构组合作用与混合作用的揭示;对钢管混凝土结构中以高离散性为特征的混凝土性能的准确定量表征,核心混凝土在瞬时应力、长期应力、循环应力、高温下及高温作用后的系列本构模型;以及在长寿命条件下、复杂受力工况下、地震与火灾等极端作用下,钢管混凝土结构承载力计算体系的构建。我本人所开展的研究工作,也正是基于主体结构全寿期安全性这一理念,逐渐对钢管混凝土结构构建起安全性分析的基础理论体系。
基础理论研究成果,只有经过大量的、长期的、反复的工程实践检验,需要行业同行们共同努力,产学研深度融合,才能可靠地应用到技术标准制订中,这个过程是艰苦的,然而也是非常重要的。例如钢管混凝土结构全寿期安全分析理论中,长期荷载作用下的承载力计算模型,被应用于高528米、8度抗震设防区世界最高楼-北京中国尊钢管混凝土巨柱设计,工程柱段实测数据表明长期变形计算误差仅为3.3%,巨柱受力可靠性得到长达8.2年的实体实测结果验证,该实测研究目前还在持续进行中。
基于长期的基础理论研究、工程实践以及工程界同仁共同努力,制定了国家标准《钢管混凝土混合结构技术标准》GB/T 51446-2021中、英文版等6部技术标准。其中,国家标准得到英国结构工程师学会期刊The Structural Engineer专栏“Research update”专题报道称,“首次为合理设计钢管混凝土混合结构创造了条件”;中国工程建设标准化协会标准《钢管混凝土加劲混合结构技术规程》T/CECS 663-2020,在2022年获得了标准科技创新奖一等奖。这些对我国钢管混凝土结构领域技术标准体系开展的构建与完善工作,对于领域标准的自主化是至关重要的。我就谈这些,抛砖引玉,恳请大家批评指正。谢谢大家!
 
主持人:
您长期致力于钢管混凝土结构研究,建立了钢管混凝土结构全寿期安全性分析理论与设计技术体系,系统构建了我国自主的钢管混凝土混合结构技术标准体系,想请您谈谈,高性能钢管混凝土混合结构形式,在国内外应用发展前景如何,下一步,如何更好地发挥标准引领作用,进一步完善钢管混凝土结构标准体系,特别是提升在国际标准组织的话语权方面,您有什么打算?
 
韩林海:
重大土木工程主体结构的应用与发展,与国家的重大战略、部署及需求息息相关。
 
2020年,国务院提出了“关于新时代推进西部大开发形成新格局的指导意见”,提出了强化基础设施规划建设目标,将加强横贯东西、纵贯南北的运输通道建设,拓展区域开发轴线,强化资源能源开发地干线通道规划建设,加快川藏铁路、沿江高铁、渝昆高铁等重大工程规划建设。
 
与之相应地,落实到我们土木工程领域,是如何针对重大土木工程向我国西部地区多见的深山峡谷、强震泥石流频发区等恶劣工程环境纵深发展这一迫切需求,解决与之匹配的高性能主体结构形式及贯通其施工、服役全过程的共性技术的严峻挑战。
 
为此,在我国科研、设计与施工等工作者科技成果积累的基础上,提出了以钢管混凝土为主要构件,与其他构(部)件优化混合而成且共同工作的钢管混凝土混合结构概念,发展了高性能钢管混凝土混合结构形式,包括桁式、加劲、中空夹层等形式,提升了结构承载能力,拓展了大型复杂土木工程主体结构体系的安全适用范围。
 
发明了保障混合作用的连接节点与结构构造,突破了该类结构设计的关键共性技术瓶颈。研发了钢管混凝土混合结构连接节点的三维科学测试装置,解决了钢管混凝土弦杆侧向倾斜承压测试难题,明晰了节点受力特性。据此建立了贯通施工与服役全过程的钢管混凝土混合结构分析方法,提出了其在施工期结构形式动态转换过程中的钢管初应力、钢管内混凝土脱空容限等关键性安全判据;实现了其时变模拟及多工况承载力准确预测,解决了以往半经验计算方法无法实现该类结构全寿期安全性设计的难题。
 
钢管混凝土混合结构已被广泛应用于建筑、公路、铁路和电力等行业的工程主体结构。比如被应用于世界首座全钢管混凝土桁梁桥-雅安干海子特大桥,较原简支桥梁方案减少混凝土用量约 60%,继而被推广至世界最长钢管混凝土桁梁桥-长6431米的汶川克枯特大桥,二者分别安全抵御了2013年雅安里氏7.0级地震、2019年8·20特大泥石流撞击极端作用;被应用于首座百米级中空夹层钢管混凝土输电塔-杭州育苗线输电塔,并被先后应用于370米高舟山大跨越塔、380米高西堠门塔,连续突破输电塔世界高度极限,舟山大跨越塔较原钢塔方案降低直接造价30%;还被应用于高600米的世界最高钢管混凝土电视塔-广州新电视塔、墩高196米的9度抗震设防区世界最高墩-凉山金阳河特大桥等标志性工程。
 
在标准国际化方面,我谨与各位嘉宾分享一下我的理解,谈不上经验。 
 
当前,我国已成为钢管混凝土结构领域的应用大国,这与我国幅员辽阔、地形多样、多灾频发这一独特的“中国建造”环境有很强的联系。以钢管混凝土混合结构为代表的高性能主体结构新形式,以及贯通其施工、服役全过程的安全性分析理论与共性技术体系的构建与完善,均支撑了钢管混凝土结构应用的高速发展。在此基础上,我们还应在技术标准体系的自主化与国际化方面,提出具有国际影响力的“中国方案”。为此,主编了国际首部中空夹层钢管混凝土结构英文设计指南,获授权主持制定国际标准 ISO/DIS 16521 Design standard for concrete-filled steel tubular (CFST) hybrid structures。在标准体系构建的同时,也要重视参与ISO国际标准化组织的相关事务工作。以我个人为例,目前担任国际标准化组织“混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土”技术委员会(ISO/TC71)主席顾问组委员、WG2工作组召集人。这些工作,均对理解、促进标准国际化的工作有积极作用。
 
最后,我很高兴地向大家介绍,今年11月27-30日,在广西南宁将召开国际标准化组织“混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土”技术委员会,也就是大家所知的ISO/TC71技术委员会的第28届全体会议,该会议由广西大学、中国工程建设标准化协会等单位共同承办,诚挚地邀请各位嘉宾莅临参加!
 
主持人:
请您结合本人工作和专业实际,概括起来,在工程建设标准化领域,如何更好地坚持和弘扬科学家精神和大国工匠精神。
 
韩林海:
主持人提出了一个非常深刻的问题,在工程建设标准化领域,坚持和弘扬科学家精神和大国工匠精神是至关重要的。
这就要求我们,作为工程建设标准化领域的科研人员,始终胸怀“国之大者”,坚持面向土木工程基础理论之世界科技前沿,面向国家重大工程基础设施之主战场,面向“西部陆海新通道”等国家战略之重大需求,面向全寿期主体结构安全之民生所托,不断向土木工程科学的技术广度和深度进军。
同时要求我们,以长远为甘、久久为功,不能急功近利、心浮气躁。要敢于“啃硬骨头”,不能盲目追踪所谓的“热点”。
在过去30多年的时间里,团队成员们团结协作,抱着强烈的责任心,经过持续的、反复的试验研究、理论分析及工程实体实测研究,在行业同仁们的共同努力下,制定了国家标准《钢管混凝土混合结构技术标准》GB/T 51446-2021等系列技术标准。在编制过程中,对标准中的每一个条文、每一个公式、每一个图表等都反复地斟酌和推敲,尽力确保准确无误,这是一个长期的、艰苦的、甚至是枯燥的过程,但大家做到了坚持、坚守。
我想,科学家也好,大国工匠也好,均是坚持守正创新,均是坚持勤恳朴诚,均是坚持团结协作,均是坚持心怀敬畏、久久为功、精益求精,不断解决真问题、真解决问题。这两个群体的精神内核是相通的,也给我们标准国际化的道路指引了方向。
标准国际化的道路没有捷径,唯有科学家精神和大国工匠精神引领。
 
 
专家简介
韩林海,工学博士、教授。长期致力于钢管混凝土结构研究,建立了其全寿期安全性分析理论与设计技术体系,创新性发展了高性能钢管混凝土混合结构形式,实现了大型复杂土木工程主体结构体系安全适用范围的拓展。主持制定了国家标准《钢管混凝土混合结构技术标准》GB/T 51446-2021,获授权主持制定国际标准ISO/DIS 16521 Design standard for concrete-filled steel tubular (CFST) hybrid structures。以第1完成人获国家自然科学二等奖(2019年)、教育部高等学校科学研究优秀成果奖自然科学一等奖(2022年),并获第三届全国创新争先奖状、“标准科技创新奖”标准大师称号。为首批国家“百千万人才工程”第一、二层次人选,获国家杰出青年科学基金资助,获聘教育部长江学者特聘教授。现任广西大学教授、校长,西部陆海新通道发展研究院院长,清华大学教授。
 
背景材料
钢管混凝土是在钢管中填充混凝土而成的一种结构形式,因其充分发挥了钢材与混凝土两种材料的优势,力学性能优越、施工便捷、经济性能好,已被广泛应用于建筑、公路、铁路和电力等行业的工程主体结构,技术与经济效果显著。该领域国家标准《钢管混凝土混合结构技术标准》GB/T 51446-2021于2021年颁布实施,相应的国际标准ISO/DIS 16521 Design standard for concrete-filled steel tubular (CFST) hybrid structures正在制定中。