王春生，公路學院教授，博士生導師，入選國家“萬人計劃”科技創新領軍人才、科技部“創新人才推進計劃”中青年科技創新領軍人才，我校橋樑科學研究的學術帶頭人之一，享受國務院政府特殊津貼。長期從事橋樑耐損性設計方法與安全維護技術研究，主要研究領域包括鋼橋和組合結構橋樑理論、橋樑損傷機理與安全維護技術、長壽命高性能橋樑結構理論等，科研成果獲國家科技進步二等獎1項，中國公路學會科學技術獎特等獎1項（主持），以及省部級和學會科技獎勵10餘項。
在橋樑所三樓一間狹長的辦公室，王春生和他的同事正坐在辦公桌前工作。地板、桌面上密密麻麻地堆放著各種資料、書籍、測試設備，只留下能容一人通過的走廊。走廊盡頭，王春生拾起椅子下散落的老鋼橋使用的鋼材，開始講述他從事鋼橋抗疲勞、防斷裂研究的歷史。
名師指引 鋼橋結緣
我國在20世紀初至70年代曾建造了大量鉚接公路與鐵路鋼橋，著名的武漢長江大橋、南京長江大橋就是其中的代表。它們是中國交通基礎設施和城市建設歷史的見證者，業已成為當地一道不可或缺的標誌性建築和城市風景線。對於這些老鋼橋而言，疲勞斷裂是影響其壽命和使用安全的一個主要因素，但鑑於當時的技術水平和鋼材質量，疲勞斷裂問題很長一段時間內沒有引起橋樑界的重視。在日益繁重的交通荷載面前，這些按照舊標準設計建造的橋樑面臨著失效倒塌的巨大風險。要想安全、經濟地使用這些老鋼橋，就必須對其剩餘壽命和使用安全加以研究評估。
18年前，剛到同濟大學求學時，王春生的研究方向並不在鋼橋疲勞斷裂研究上。一次偶然的機會，他有幸幫助副導師完成一個鋼橋疲勞評估課題。當時，既有鉚接鋼橋的疲勞安全評估，是一個極富挑戰性的課題。我國橋樑界關於鋼橋抗疲勞的研究剛剛起步，亟需相應的技術研發和科學成果的應用。項目完成後，導師便建議王春生放棄橋樑抗風研究，轉而研究鋼橋疲勞斷裂。“當時國內從事這方面研究的人很少，這也是未來發展的一個趨勢，國家需要培養這一領域的人才”，導師的高瞻遠矚，讓王春生從此與鋼橋結下不解之緣。
在導師的帶領下，王春生對老齡鉚接鋼橋做了深入的檔案調查和現場測試，掌握了包括大橋原始設計文件、通行荷載歷史狀況、損傷與維護記錄、力學狀態等在內的大量一手資料，並在此基礎上對老齡鉚接鋼橋剩餘壽命與使用安全評估從理論到實踐進行了系統深入的探索。如何有效評估老鋼橋的剩餘壽命和使用安全？首先要建立能夠精確模擬大橋目前使用狀況的工作模型，這樣才能準確地計算出橋樑疲勞細節的損傷。針對鉚接結構、構件特有的構造模式和疲勞斷裂失效特點，王春生對上海市外白渡橋、浙江路橋、京九鐵路贛江大橋等鉚接鋼橋進行了現場交通觀測和應力譜實測，建立起公路和鐵路的交通荷載模型，實現了公路與鐵路鋼橋交通荷載譜和應力譜的隨機模擬。他的博士論文《鉚接鋼橋剩餘壽命與使用安全評估》首次將結構系統疲勞可靠度理論應用於既有鋼橋疲勞可靠性評估，提出了基於概率斷裂力學的既有鉚接鋼橋剩餘壽命與使用安全評估理論和方法體系，創建了完整的既有鋼橋剩餘壽命和使用安全評估方法體系，並在多座公路、鐵路和城市鋼橋的工程實踐中得到了驗證與應用。2007年，其在同濟完成的博士論文入選“全國百篇優秀博士學位論文”，王春生成為我校本科畢業生中獲此殊榮的第一人。
談及求學生涯，王春生說，自己是在清貧的環境中完成博士學業的。這位於1991年進入原西安公路學院的普通學生，本科畢業就留校擔任助教，期間完成了碩士學業，2003年又在同濟大學讀完了在職脫產博士。2004年王春生繼續到清華大學深造，2008年被破格晉升為教授。回到學校後，他在主講學校本科至博士階段鋼橋主幹課程的同時，也逐漸組建和培育了一支學科特色突出的科研團隊。目前，這個團隊的核心成員與研究生已達到30多人。團隊中年輕的成員都是王春生從本科到博士一手帶出來的，每個人的性格特點、興趣方向、優勢所在，作為導師的他十分了解。對於新加入的科研生力軍，無論是項目申報書的寫作還是研究報告、論文著作的撰寫，還是科研能力的提升和教學水平的錘鍊，團隊都會給予全方位的培養、指導和引導。“大樹底下要長草，最好還能長成樹”，王春生對團隊裡的青年人寄予了厚望。
攻克難關 填補空白
求學路漫漫，科研路就更加艱難。橋樑在建造和使用過程中，必然會受到環境、有害物質的侵蝕，還要承受來自車輛、風、地震、極端荷載等各種外來因素的作用，橋樑所採用材料的自身性能也會不斷退化，這些都會導致橋樑結構細節出現不同程度的疲勞損傷。橋樑抗疲勞研究的最大難點在於，目前人類對疲勞的機理還未完全認識清楚。“材料與結構的疲勞損傷，目前還沒有一個大家公認的物理模型、方程式可以表徵”，王春生介紹道。
從“全國百篇優秀博士學位論文獎”到陝西省科技進步獎，乃至國家科技進步獎，從國家中青年科技創新領軍人才到“萬人計劃”科技領軍人才，一項項榮譽、一個個重量級的項目背後，是二十年如一日的持之以恆。沒有教材，他和團隊成員自己編寫；沒有測試程序，大家就靠自己的力量研發編制；橋樑所不具備實驗條件，王春生和團隊成員不得不到汽車學院、機械學院，甚至西安交通大學的國家重點實驗室來完成一次次實驗，經年累月，疲勞試驗機竟也在重複的試驗中出現了疲勞斷裂。同行曾經半開玩笑對他說：“你做疲勞研究很辛苦啊，橋樑模型還沒疲勞，設備倒先疲勞了。”設備疲勞了，人又何嘗沒有疲勞的時候？不過，王春生還是憑藉著對事業執著質樸的熱情堅持下來了。他覺得，年輕人是有使命的，中國在過去40年中的高速發展正是由於“我們一個人做了很多人的事情，一代人做了好幾代人的事情”。
進入21世紀，我國越來越重視高品質橋樑的建設，原來的石拱橋、混凝土橋樑逐漸被現代化的鋼結構橋樑、大跨度斜拉橋和懸索橋替代。但由於逐年增加的交通荷載與複雜環境耦合作用，以及設計、建造和維護中一些深層次技術環節的缺失，部分鋼橋疲勞現象逐漸暴露出來。鋼材的疲勞斷裂是突然發生的，之前並無明顯的徵兆，相應的維護技術難度大、費用高。如何解決鋼橋的疲勞開裂問題，確保鋼橋使用安全，合理延長鋼橋使用壽命與維護週期，有效降低鋼橋運營安全風險和全壽命週期成本，越來越成為橋樑工程界關注的科技焦點。鋼橋疲勞斷裂問題暴露得越多，王春生團隊的研究也就越受到關注。自2005年起，王春生作為負責人先後主持了6個國家自然科學基金項目以及多項交通運輸部、教育部的基礎研究、重大科技專項課題。這些項目培育出了多個領先的科研成果：率先對新型管翼緣組合梁、高性能鋼橋、免塗裝耐候公路鋼橋進行了系統試驗、理論與工程應用研究，取得的研究成果填補了我國在該領域的空白；在國內較早對帶U肋的鋼橋面板進行了足尺疲勞試驗研究，提出了抗疲勞構造設計建議，構建了鋼橋正交異性鋼橋面板設計與施工的成套關鍵技術，為依託工程提供了技術支撐，編制了陝西省地方標準《公路鋼橋正交異性鋼橋面板設計施工技術規範》；對鋼－混凝土組合加固新技術進行了系統基礎性與工程應用研究，依託研究成果編制了陝西省首部橋樑地方標準《鋼板－混凝土組合加固混凝土橋樑設計與施工技術規程》；首次對地鐵U形預應力混凝土梁進行了足尺疲勞試驗研究，研究成果被國家重點軌道工程設計採用；參與編制交通運輸部《公路鋼結構橋樑設計規範》、《公路工程可靠性設計統一標準》等3部國家行業技術標準……2014年，王春生參與了國家973計劃項目“特大跨橋樑安全性設計與評定的基礎理論研究”的研究工作，具體負責特大跨鋼橋關鍵構件及連接件的疲勞、腐蝕疲勞損傷機理，以及基於體系可靠度的特大跨鋼結構橋樑設計理論與方法的專題研究內容。這是我校橋樑學科首次參加國家重大基礎性研究計劃。
厚積薄發 國際領先
鋼結構橋樑具有自重輕、材質均勻、質量穩定、易於裝配化施工、可回收再利用、綠色環保等突出優點。在過去的半個世紀裡，我國鋼結構橋樑主要用於大跨徑橋樑。據王春生介紹，到目前為止，我國公路、鐵路、城市橋樑中，鋼橋所佔的比例不到1%，而西方發達國家這一比例達到30%-40%。2016年交通運輸部印發《關於推進公路鋼結構橋樑建設的指導意見》，決定推進鋼箱梁、鋼桁梁、鋼-混組合梁等公路鋼結構橋樑建設，提升公路橋樑品質，助推中國公路交通建設轉型升級。鋼結構橋樑在我國交通基礎設施建設大潮中將迎來一個黃金髮展期。
近幾年，隨著新材料的研發與應用，長壽命高性能鋼橋的設計、建造技術逐漸成為王春生團隊研究的重點。“建設長壽命、高性能鋼橋需要完善的技術支撐體系，包括新型材料、創新結構和先進的施工技術”，王春生介紹說。高性能鋼等新型材料是支撐鋼橋建設技術進步的基礎，也是解決鋼橋耐久性的根本要素。高性能鋼材料具有強度高、可焊性好、斷裂韌性高、抗疲勞性優越、耐候性強等諸多優勢，能夠大大提高鋼結構橋樑的安全性和耐久性，降低後期養護的費用。“高性能鋼雖然好，但不能盲目使用，要明白材料性能機理，能夠解決哪些技術難題，讓每一寸材料都盡最大可能發揮效能，這需要基礎性研究作為保證”。
基礎性研究雖然枯燥，卻具有滴水穿石、聚沙成塔的效果。王春生的團隊，就在多年的自主創新與實踐中做到了“頂天”“立地”，他們以解決工程實際問題為出發點，在鋼橋疲勞損傷機理、疲勞損傷安全監測和評估理論、疲勞維護技術上深入探索，為橋樑的安全、耐久與科學化建設、維護、管理提供了先進理論與技術支持。前不久，由王春生教授主持，段蘭、王茜、羅曉瑜、任更鋒等參與完成的“複雜荷載與環境下鋼橋抗疲勞設計和維護關鍵技術”榮獲2017年度中國公路學會科學技術獎特等獎，該項目由長安大學主持，西安公路研究院、同濟大學、陝西省高速公路建設集團公司、浙江大學參與合作完成，是我校主持完成的科技成果首次獲得中國公路學會科學技術獎特等獎。中國公路學會組織的專家評價稱，該項目研究成果總體達到國際領先水平。
正如王春生所言，這一成果是自己和團隊成員長達20年基礎性和工程應用研究的集中體現。該項目解決了多項橋樑技術的世界性難題：利用覆蓋全國10多個省市的典型公路車輛荷載調查資料，構建了鋼橋疲勞車輛荷載模型，填補了我國公路鋼橋設計規範中無疲勞荷載模型的空白；首次研發了鋼橋足尺疲勞試驗裝置和加載系統，克服了鋼橋疲勞試驗耗時長、加載噸位大、費用高等瓶頸問題；針對長期以來繁重的交通荷載與複雜環境耦合作用下鋼橋疲勞損傷特性，創建了鋼橋疲勞監測技術與評估理論，攻克了疲勞作用的耦合難題；針對鋼橋疲勞加固技術難度大，傳統焊接加固效果差、容易引發二次疲勞開裂的技術弊端，提出了經濟、高效、可靠的鋼橋疲勞損傷冷加固方法與延壽技術……迄今為止，這一項目獲授權發明專利7項，研究成果納入國家交通行業技術標準2部、地方標準2部，成果在杭州灣跨海大橋、香港青馬大橋、上海外白渡橋等多個重大工程及歷史文化橋樑中進行了成功應用，突破了制約鋼橋發展的設計與維護技術難題，為改善鋼橋抗疲勞性能、合理延長疲勞使用壽命提供了技術支撐，提升了國內外鋼橋抗疲勞設計與維護技術水平，直接和間接經濟效益累計達3億元。
王春生團隊目前和北京交通大學、中交公路規劃設計院、中鐵二院、俄羅斯國立交通大學聯合申報了一箇中俄政府間國際合作項目。“這是由我校牽頭申報的國家重點研發計劃政府間重點專項項目，項目與‘一帶一路’國家戰略緊密結合，著重開展寒區長壽命組合結構橋樑設計理論與建造技術研究”，王春生補充道，今年研究團隊又申報了三項國家自然科學基金項目。“我們做的工作要走在世界的前列，要爭創世界一流。”王春生堅信，在鋼結構橋樑建設廣闊的前景下，他和團隊成員將只爭朝夕、奮勇向前、攻堅克難，為我國橋樑建設與安全運營提供理論與技術支持，為中國建設世界橋樑強國和我校世界一流學科建設貢獻力量。
（原載於《長安大學報》2018年4月17日第281期）
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