刘庆宽,石家庄铁道大学土木工程学院教授,日本京都大学工学博士。现任石家庄铁道大学风工程研究中心主任、河北省风工程与风能利用工程技术创新中心主任、河北省侨联侨专家委员会副主任、委员。中国联合会.秘书长、政协河北省委员会委员、河北省科协常委。兼任中国钢结构协会钢结构质量与安全检验鉴定专业委员会常务理事、中国土木工程学会桥梁与结构工程分会主任、灾害事故专家委员会委员等职。住房和城乡建设部预防研究中心。荣获“有突出贡献中青年专家”、“教育部新世纪杰出人才”称号。
“移风易雨”做科研
刘庆宽教授于2007年1月回国,筹备建设国内外首个回直流变双试验段大气边界层风洞实验室,建立了风工程研究中心,主持了十余项国家级、省级和省级科研项目。部级科研项目,完成项目300项。其余项目包括大跨桥梁、超高层建筑和大跨度空间结构、风力涡轮机和工业空气动力学。对力学、北京冬奥会场馆、比赛场馆防风抗风等方面进行专题研究,发表SCI/EI论文102篇,授权专利13项,出版专着4部,编制国家和行业标准4项,荣获河北省科学一等奖科技进步奖2项(主持),河北省科技进步二等奖1项(排名第三)。
全球自然灾害经济损失的85%是由风灾和次生灾害造成的。特别是一些标志性工程和建筑,如大跨桥梁、超高层建筑和大跨度空间结构(简称“长高”结构),受风影响较大,风振严重。引起社会广泛关注的风害事故时有发生。 。
刘清宽教授自组建风洞实验室和团队以来,已对国内外300多个大型工程进行专项风阻研究,并将成果应用到工程建设中,从北方的哈尔滨大剧院到三亚的海棠湾大桥南侧。从东方的上海宝钢大型船厂,到新疆克拉玛依至塔城铁路的防风雪措施,再到塞浦路斯、土耳其、印度、孟加拉国、越南、马来西亚等国外的“长高”项目国家抗风专项研究已顺利完成。同时,通过优化设计,仅部分项目就节省了建设成本7亿多元,取得了显着的经济效益。
该团队的相关研究成果被专家组评价为“达到国际领先水平”。
国际风工程学会主席、美国工程院院士 Ahsan Kareem 教授评价道:“刘清宽教授团队拥有令人印象深刻的研究设备,完成了高层建筑、大跨度桥梁、大型体育场和高耸的烟囱。加载研究。他们是世界上最擅长进行广泛的风荷载研究的人之一。”
随风起舞,助力冬奥
北京冬奥会张家口赛区的云顶滑雪公园在冬季经常遭遇大风。由于运动员跳高、空中动作较多,空中技术和U形技术受风的影响非常明显。往届冬奥会上,曾发生多起因大风导致比赛推迟或取消的事件,甚至有运动员受伤的情况。解决办法是在两个场馆边缘搭建防风网。
然而,只有一家欧洲公司能够生产出符合国际雪联技术要求的防风网。报价高、生产周期长、合同付款条件苛刻。加之欧洲疫情影响,生产、运输、安装进度无法保证。防风网的研发和建设成为摆在奥组委面前的“难题”。
具有丰富风工程研究经验的刘庆宽教授受命带领团队研发国产防风网。国际滑雪联合会对于比赛场馆的防风网有着严格的要求。必须保证赛道比赛时风速不超过3.5m/s;它必须耐寒、坚固、具有良好的阻燃性能、良好的透光性、良好的视觉效果,并且必须能够快速打开和缩回以方便雪地摩托的通行等。许多功能要求在技术上是相互矛盾的实施方法,导致解决困难。
刘清宽教授带领团队成员分析气象数据,进行反复的计算机模拟计算,并进行数百小时的风洞试验。他们夜以继日地攻克难关,终于找到了满足功能要求的防风网络参数。然而,市场上不仅没有这样的产品,而且没有一家公司能够生产这样的产品。
责任重大、时间紧迫,刘庆宽团队反复讨论。最后南方一家丝网编织厂家愿意合作。经过大量的努力,从准备原材料到改造机械设备,他们将常用的最多6针的单针床针织技术改造为12针的双针床技术。 ,成功编制出符合要求的防风网。
生产成品只是完成工作的第一步。刘庆宽团队在极短的工期和严峻的现场安装条件下,设计了塔架、悬挂系统和张拉系统,克服了各种困难,最终在10月12日认证专家抵达FIS场馆之前完成了高精度施工, 2021年,高效完成全部安装工作。经过测试发现,在防风效果方面,可以将现场可能出现的强风阻挡到风速小于3.5m/s;在景观效果方面,防风网具有抗紫外线、长期使用不变色的特点,采用特殊喷塑工艺处理的塔体全部雪白,网上有鲜艳的徽章。在现场白雪的映衬下,视觉效果尤其令人印象深刻。出色的;力学性能方面,每米宽度可承受1.2吨以上的拉力,可抵御几十年一遇的强风,在零下40度以上的严寒天气下力学性能保持不变;最重要的是,比赛有时需要将某些部位的防风网暂时收起并打开,但这套防风网系统只需6分钟就可以完成,非常快捷方便。
经过测算,刘庆宽团队仅用国外计划五分之一的成本和四分之一的工期就完成了整个工程。国际雪联和国际奥委会专家经过现场考察和认证后,愉快地评价该防风网为“世界一流的防风网设计”,并推荐其为“未来防风网设计和施工的标准”。雪项目”。
不仅是防风网,团队还为首钢大跳台的设计和施工贡献了不可或缺的科技力量。为了减少风力对运动员起跳和完成空中动作的影响,必须满足三个主要条件:一是根据施工现场的风场分布,科学合理地确定大平台的位置和朝向;其次,在不影响美观和转播的前提下,在大平台两侧设计了护栏和防风网;第三,大平台作为永久性结构,必须在使用寿命内经受住强风的侵袭而不被损坏。刘清宽教授带领团队通过了前期研究方案审查阶段的各项考验中国钢结构协会桥梁钢结构分会,从众多风工程团队中脱颖而出中国钢结构协会桥梁钢结构分会,承担了该项目的全部防风、抗风研究工作。根据团队的研究成果,大型跳水平台建成并如期投入使用。
为了保障冬奥,队员们放弃了春节与家人团聚的机会。他们于腊月初八进场,制定了详细的应急预案,准备好所有物资,每天黎明前冒着零下20至30摄氏度的严寒。冷风深入现场调试维修,并组织反复演练,确保在发生紧急情况时能在极短的时间内完成抢修,恢复防风网功能。令我们自豪的是,防风网从投入使用到冬奥会结束都没有出现过任何问题,一直运行平稳。
比赛期间,空中技巧场地和U型技巧场地附近分别检测到超过8m/s和15m/s的大风。风速比国际雪联要求高出数倍。在防风网的保护下,赛道上的风速极低,比赛顺利进行。中国队获得空中技巧项目男女金牌和团体银牌,女子U型场地金牌,首钢大跳台男女金牌。金牌,共获得5枚金牌、1枚银牌,创历史最好成绩。
被誉为“单板滑雪之王”的三届冬奥会冠军美国选手肖恩·怀特在预赛结束后评价道:“防风网太棒了,保护我们免受强风的侵袭。”空中技巧金牌得主徐梦涛赛后高兴地表示,有防风网的场地是“世界上最好的场地”。
人民日报以《冬奥防风网,掌握核心技术》为题,报道了防风网的技术创新及其与国外技术相比的优越性;光明日报报道《随风起舞,助力冬奥:石家庄铁道大学》黑科技以《奥委会认可》为题报道了研发过程;中央电视台6次报道了防风网的研发历程、技术含量以及国内外运动员的评价。目前,百度“云顶防风网”的报道及转载搜索结果已超过200万条。
教学、传道、培养学生
在教书育人方面,刘庆宽长期坚持以德为先、职业技能教育与职业技能教育相结合的三位一体教育模式,培养博士生3名、硕士生48名。团队论文有9名研究生被评为“河北省优秀硕士学位论文”,30余名学生在全国学术会议上获奖。许多毕业生已成为高校优秀教师(包括特聘教授、博士生导师等)和企业栋梁。基于培训成果和工作业绩,刘清宽教授团队荣获“李保国式科技服务团队”、“新时代河北省青年改革标兵集体”等荣誉。