中国著名铁路工程专家詹天佑先生说,“精研学术以资发明……凡诸学术,进境无穷,驾轻就熟,乃有发明。”做为中国桥梁工程领域的杰出专家,张华深得其意。他认为在中国桥梁工程领域,技术创新和精益求精的精神同等重要,只有熟练掌握技术并不断探索,才能最终引领中国桥梁工程走向世界。
初涉职场
张华在中国桥梁工程领域,几乎全程见证了其发展与崛起。而他也从一个初入职场的小白成为了如今中国众多优秀桥梁工程师中的佼佼者。
2003年,张华做为桥梁工程施工组织设计与施工配合的负责人参与到了广州新光大桥的建设项目当中。大桥采用177m+428m+177m三跨连续飞雁式钢架钢桁系杆拱桥跨越珠江,与周围环境很好的融合在一起,建成后必将成为广州的一道靓丽的风景线。由于其独特的地理位置和城市形象等原因,不但工期非常紧张,哪怕在施工期间珠江的主航道也不能影响正常运输和通行。这无论对于张华还是团队来讲都是严峻的挑战。
这样的工程,是前所未有的。于是张华及团队提出了拱肋采用大节段提升施工方法,把大量的高空水上作业转换为地面作业,将工期缩短了6个月,并节省投资及施工成本高达5110万元。这是国内第一次采取五大段提升施工工法,在大幅度提高大跨度拱桥的成桥品质的同时,也大幅度推动了行业进步, 其3078吨的提升重量,也创造了当年世界桥梁史上的奇迹。为此,张华驻扎在工地长达3年之久。
但遇到这样一个具有挑战性的桥梁工程,对于张华来说既是挑战也是资历。事后,团队不但荣获了“中国土木工程詹天佑大奖”和全国优秀工程勘察设计二等奖,2007年更是做为广东省市政优良样板工程得到了广泛推崇。做为团队中最为重要的成员之一,张华也是第八届中国土木工程詹天佑创新集体大奖的获得者之一。
2009年,张华把在广州新光大桥中的研究成果整理成册,分别在《铁道标准设计》杂志发表了《新光大桥主拱拱肋提升塔设计》和在《铁道勘察》刊物上发表了《新光大桥主跨桥面钢-混组合梁桥面设计研究》两篇论文。
创新典范
初战告捷,让张华在中国桥梁工程领域名声大噪。2007年,他做为南广铁路肇庆西江特大桥的设计负责人为这座全世界少有的特大桥设计了主跨长达450米的钢箱提篮拱桥。这也是
当时世界上最大跨度的高速铁路拱桥。
做为工程设计的主要负责人,张华带领团队在第一时间完成了桥梁工程的可行性研究,并在初步设计时进行拱轴系数,拱肋截面,桥面系及施工方案的必选等分析研究。
这又是一个让张华驻扎长达3年之久的特大工程。在施工过程中,张华不仅要针对高速铁路大跨度钢箱拱桥的受力变形机理、设计和施工关键技术、大跨度钢箱拱桥轨道不平顺控制限值等关键技术进行研究,还要针对性地解析高速铁路大跨度钢箱拱桥的温度变形机理。此后,张华提出了轨道长波不平顺限值新的控制标准,并研发出了高速铁路大跨度钢箱拱桥轨道精调技术,为大跨度钢箱拱桥在高速铁路领域的推广应用奠定了基础。
另外,由于桥位山体地质条件非常特殊,张华在初期就提出了拱座+大界面挖井基础的结构形式,这一设计使得拱座的基础水平刚度得到了大幅度提升。因为不但要考虑桥体能够承担竖向力,还要增强拱座的抵抗水平分力的能力,以此保证受力安全。
在施工过程中,张华又根据现场实际情况,提出了拱座外壁采用沉井的施工方法。当拱座外壁结构下沉就位后,才可以开挖并浇筑挖井基础,然后完成拱座的整体结构。这一设计,大大减少了拱座及基础施工对山体的影响,并保证了施工安全。
项目竣工后,张华及团队也被中国中铁股份有限公司评为2015年度优秀质量管理小组。大桥也创造了当时运营跨度最大的铁路钢箱拱桥,并同时主跨达到400米以上铁路钢箱拱桥中运营常速唯一达到时速250公里桥梁的纪录。
张华在南广铁路西江特大桥中的创新技术和创新工法,得到了2016年由中国钢结构协会颁发的2016年度中国钢结构工程大奖。同时,张华也因在工程设计中的创新而申请了《一种用于较差地址条件的拱桥基础及施工工法》国家发明专利和实用新型专利。此后不久,张华的论文《南广铁路西江特大桥总体设计》和《南广铁路西江特大桥的技术创新》分别发表在2015年第四期的《钢结构》杂志上和2013年的《铁道标准设计》杂志上。同时,他研究的课题“大跨度桥梁建造关键技术研究—大跨度中承式钢箱拱桥建造关键技术研究”也做为铁道部的重大课题,得以实施。
走向世界
6年时间,深入参与设计了两项重大工程,并分别得到了建筑工程界最重要的几项大奖,张华在中国桥梁工程领域可谓是顺风顺水。
2007年,他做为主要设计人员参与了北京市六环路跨丰沙铁路斜拉桥的设计工作。期间,他的设计在施工中创造了又一项纪录:世界上墩顶单铰转体吨位最大的工程。他采用的墩顶转体施工桥梁的工法,在2010年做为当年的科技成果,被住房和城乡建设部评为“大跨度市政斜拉桥转体法施工关键技术”。为此,2012年,张华被北京市科学技术协会授予第二十一届北京优秀青年工程师称号。
2012年,张华负责了保定乐凯大街特大桥的设计,大桥为145+240+110m子母塔单索面斜拉桥,跨越京广铁路 21 条股道。为了降低对既有铁路的影响,张华及团队提出采用子母塔同步双向平面转体法施工,首创采用轧制钢板制造的装配式球面平铰,较同级传统铸钢转铰节材 40%;并研发形成超大吨位转体桥球面平铰制造、安装、检测成套技术和验收标准体系,取得了桥梁转体技术应用的重大突破,其5万吨的转体重量居世界第一。
2014年,张华负责了官厅水库特大桥的设计,大桥是北京冬奥会配套工程的重点项目,跨越官厅水库,环保要求高,张华及团队提出了主跨720m一跨跨越水库的悬索桥方案,并在悬索桥结构中采用免涂装高性能耐候桥梁钢,全焊连接,绿色环保,减少后期维护工作量,大大降低了对官厅水库的影响。
2015年,由于在中国桥梁工程领域中的推动作用,张华被远在美国的一位博导看重,邀请他去美国怀俄明大学深造。随后,张华踏上了美国的土地。
在怀俄明大学读书期间,张华在岩石力学领域钻研颇深。他采用有限元方法对钢管在岩石中的特性进行热流固耦合弹塑性分析,并对不同的温度和孔隙水压力进行研究,取得了重大突破,并静下心来做了钻孔崩塌分析研究和机器学习,用基于人工神经网络和遗传算法由钻孔崩塌形状进行地应力推算的反演分析。
2020年,张华博士毕业,他做为高级桥梁结构工程师参与了美国高速公路莫比尔河(Mobile River)斜拉桥、高速公路阿伯奈西(ABERNETHY)大桥拓宽工程和塔尔马奇纪念大桥改造工程等几项重大工程。
其中高速公路莫比尔河(Mobile River)斜拉桥项目,是张华在美国做为主要设计人员参与的一项重大工程,也是阿拉巴马州交通运输部历史上最大的基础设施项目。张华的主要工作是对桥梁调索进行优化设计,采用一次调索的方法,在施工过程中实现了大循环迭代,使得桥面位移在考虑混凝土收缩徐变的情况下得以精确控制,填补了斜拉桥调索过程中不能精确考虑混凝土收缩徐变的空白。
阿伯奈西大桥拓宽工程采用在既有桥墩外侧新建桥墩,然后新建大盖梁包住旧盖梁,张拉新盖梁的预应力钢筋后,拆除旧桥墩的新型设计方案。张华的主要工作是建立热固耦合模型,优化混凝土浇筑次序,对桥墩的新旧部分刚度分配,应力传递进行精细分析。该方案大大降低了造价,而且对既有道路的通行影响较小,为将来我国的旧桥加宽及改造提供了新的设计思路。
结语
迄今为止,张华在桥梁工程领域已经得到9项全国大奖,8项发明专利和13项新型使用专利,并个人拥有超过5个国家级或公路工程级施工工法在列。并有6项大奖因工作调动问题未能出现在最终名单当中。未来,他会继续参与桥梁设计研究工作,为后续推动桥梁技术在全球的发展贡献自己的力量。(记者:王天柯)
