陈政清院士：从乡村教师到“大桥院士”
中国工程院院士、湖南大学土木工程学院教授陈正清及其开发的斜拉索磁流变阻尼器
1987年，陈正清获得Xi交通大学博士学位。
陈正清正在安装一个1000吨重的调谐质量阻尼器。
陈正清在美国实验室工作
让我们把注意力集中在张家界，一个位于湖南西北部的著名旅游景点。几天前，世界上最高最长的玻璃桥在张家界大峡谷关闭。玻璃目前正在铺设，不久将向游客开放。张家界大峡谷玻璃桥，主跨430米，桥面长375米，宽6米，桥面高度距谷底约300米，是悬崖之间的一座特殊形状的人行桥。大跨度人行桥的动力设计比车辆桥更为困难，尤其是在有效、科学地解决抗风和人致振动这一世界性的技术难题方面。
新任中国工程院院士、湖南大学风工程试验中心主任陈政青教授是解决抗震抗风问题的主要负责人。在该项目中，他在抗风和消除人为振动方面的研究成果得到了科学的应用，使大桥能够抵抗17度风，保证游客的安全行走。
事实上，陈正清在中国的许多著名桥梁中都可以看到，如汕头海湾大桥，中国第一座三塔悬索桥，泰州长江大桥，苏通长江大桥，最大跨度斜拉桥，湘西矮寨桥，洞庭湖大桥等。目前，陈正清是中国工程院研究桥梁抗风抗震的两位院士之一。他是中国第一个独立完成柔性结构三维大变形理论并开发设计程序的人。他是中国第一个建立起完整的三维颤振理论体系的人，发明了永磁磁流变阻尼技术和涡流阻尼技术。这些成就被评价为“对中国桥梁技术赶上世界先进水平的直接贡献”。
令人惊讶的是，陈正清没有主修桥梁工程。他从本科生到博士都在学习力学。那时，他还是一名乡村教师，30岁才进入大学。这位曾被誉为桥梁领域“黑马”的68岁的院士过着怎样的生活？
来自农村教师的力学博士
1947年，陈正清出生在湖南省湘潭市一个店员家庭。良好的家庭环境给了他良好的修养和家庭教育。从小学到高中，他在学术和学术研究方面都很出色。然而，像那个时代的许多年轻人一样，陈正清在时代面前没有任何例外。1968年，在湘潭第一中学读完高中后，他被调到岳阳市梁倩湖农场做知青。
作为一个“农民”，陈正清并没有抱怨别人。像往常一样，他努力工作，很快掌握了生产要素，并学会了所有能干的农活。他擅长除草、耕地和插秧。他孜孜不倦地工作。“当时，我不知道一英亩土地有多大。后来，我每天耕种五英亩土地。”陈正清笑着回忆道。在农场，陈正清经历了人生的一大难关。1970年，他患了血吸虫病。许多人因这种疾病病倒了，但他康复了。但是因为这种严重的疾病，陈正清失去了被推荐为工农兵大学生的宝贵机会。
尽管困难重重，陈正清始终保持着一颗平静而坚定的心。“我没有遇到任何坎坷的道路，只有漫长的道路。我有耐心和毅力。我喜欢学习和科学研究。不管有没有条件，我都可以集中精力学习。只有这样，我才能抓住机会。”他说。
1971年，陈正清再次成为“知识分子”。当时，1000多名知青从梁倩湖农场转移过来。农场利用这些受过教育的年轻人在每个分农场建立了一所中学。陈正清被“提拔”到一所中学，既不是公立教师，也不是私立教师，教授数学、物理、化学等课程。
在此期间，陈正清利用教学机会，如饥似渴地阅读了大量书籍，自学了高等数学、电子理论等大学课程。
他最初的梦想是学习电子学，梦想有一天能上大学。然而，梦想的实现似乎是在遥远的未来，恢复高考的政策并没有出现。许多和我们一起来的人已经一个接一个地回到了这个城市。陈政青还在那个偏远的小镇上，在身份不明的老师面前。陈正清等了一年又一年，终于有点绝望了。然而，即使在最绝望的时候，很多人都放弃了，陈正清也没有放弃学习。他挖苦地说:“在*的十年里，我在一所文科学院学习，因为我每天都在学习马克思主义！”
1977年夏天，好消息就像吹过冻土的春风:高考恢复了。陈正清很兴奋，期待已久的机会终于到来了。他非常自信:“我相信经过这么多年的准备，高考是绝对没有问题的。”
果然，陈正清一下子被湖南大学力学系录取了，他的数学成绩在岳阳地区是第一名。那一年，陈正清已经30岁了，成为班上年龄最大的学生，并且已经是一个两岁孩子的父亲。
上了大学后，陈正清珍惜了晚年的学习机会。“在十年的*中，我唯一的劣势是我的年龄。我太老了，不能再拖延了。即使我咬着牙，我也要坚持下去。”尤其是英语，陈正清30岁才开始接触，但他日以继夜地努力学习，并在大学期间基本上克服了这个困难。
在湖南大学的七年时间里，陈正清先后获得了熊教授和教授的硕士学位，被誉为中国塑性力学的“三巨头”之一。在研究生像大熊猫一样珍贵的时代，他不是忙于找工作和赚钱，而是考入了Xi交通大学固体力学博士，在中国工程院院士、清华大学杜清华教授和冀星教授的指导下学习。
他非常感谢几位老师对他的培训。他说:“在胡达时期，我们77班确实享受了最好的教育。那时，我们都是由著名的老师教的。熊教授对我们要求很严格，但是老师和学生很亲近。在博士期间，杜教授非常严格，使我的基础非常坚实。我被要求做的课题也是当时力学前沿的弹塑性大变形边界元法，这为我今后的研究打下了良好的基础。”
值得一提的是，30年后，当我听说我的弟子被选为中国工程院院士时，90岁的熊·对来访的流下了眼泪，并一如既往地祝贺和鼓励他教书育人。熊与陈正清的师生关系是湖南大学的一个好故事。
在研究生学习期间，在湖南大学教授的介绍下，青还会见了基础专家王教授和许多土木工程方面的教授。这不仅拓宽了他的知识面，也加深了他对土木工程专业和实践背景的理解，为他多年后在力学和桥梁专业之间找到一个空间打下了良好的基础。
联系陈正清的人哀叹陈正清对学习的热情出人意料。当他从博士学位毕业时，他已经40岁了，仍然会抓住机会学习。1991年，英国为中国学生设立了一个特别资助项目。陈正清成功通过英国组织的考试，获得英国文化协会奖学金。
在英国做访问学者期间，他总是第一个到研究所，最后一个离开。就连清洁工也很了解他。他告诉记者:“在英国学习期间，我比其他访问学者更加努力。我每天都去研究所。我太忙了，以至于有人误解我是那个研究所的员工。”
桥梁行业的“黑马”
1987年，陈正清博士毕业，分配到长沙铁道学院桥梁研究室，担任桥梁动力学专家、中国工程院院士曾庆元教授的助手。他开始与这座桥紧密相连。
桥牌对他来说是一个陌生的领域，但他积极地与老师协商，与学生一起上课，很快就通过了桥牌的基础知识。
中国是一个大桥国家。早在1400年前，中国就已经建成了赵州桥，被誉为“国际土木工程的历史里程碑”。然而，自近代以来，我国的桥梁建设一直滞后。陈正清认为，随着国民经济建设的发展，桥梁将不可避免地成为最重要的土木工程项目之一，尤其是长桥身、大跨度桥梁将是下一阶段的重点。
20世纪80年代末，铁道部桥梁局开始设计武汉长江大桥，这是中国第一座跨度400米的大桥。当时，桥梁的设计者只知道桥梁会产生非线性效应，但当时国内的研究成果在如何确定非线性效应的影响程度上却非常不一致。
工作人员找到了曾庆元。曾庆元心想，我们这里不是刚有了一个力学博士吗？陈正清被推荐了。得知这个消息后，陈正清敏锐地感觉到他的机会来了！因为非线性分析正是他博士论文的研究方向。找到突破点后，陈正清用整整一盒计算纸，反复进行理论推导和计算。
六个月后，他成功了。他清楚地记得那是1990年3月8日，他是计算机房里唯一一个努力工作的人。当最终计算出确切的答案时，陈正清开心地在空荡荡的实验室里跑了几圈，享受着成功的喜悦。
在成功发展了适用于悬索桥和斜拉桥的非线性分析计算理论后，陈正清根据该理论编制了武汉长江大桥的实用计算程序，并为设计人员计算了全桥各部分的非线性影响因素。该方法的计算效率比当时通用程序的计算效率高出50多倍。千里眼。国际桥梁风工程权威、美国教授巴思特给陈正清写了一封特别的信:“你奇迹般地提高了计算效率。”
有趣的是，在武汉长江大桥成功解决问题后，设计师给学校拨款5000元，后来又一次增加到20000元。陈正清收到一些资金，高兴地买了一辆386。有了他生命中的第一台电脑，他再也不用埋头于纸了。
在上述研究成果的基础上，陈正清独立编制了我国第一个大跨度桥梁空间静动力非线性分析程序，解决了我国大跨度桥梁建设急需空间非线性分析程序的问题，在我国大跨度桥梁建设史上发挥了重要作用。他的理论和方法得到了国内外学者的广泛认可和高度评价。先后被同济大学、铁道部、云南省设计院、湖南省交通设计研究院等单位采用，并被用于国内最大的斜拉桥(苏通大桥)、悬索桥(西堠门大桥)、第一座三塔悬索桥(泰州大桥)等大型桥梁工程的设计和咨询，被业界评为“根本性改进”。2007年，陈正清获国家科技进步二等奖。
脉桥抗风“博士”
随着经济的发展，我国桥梁建设项目越来越多，跨度越来越大，桥梁面临越来越多的强风挑战。如果跨度大，桥梁结构的刚度就会变小，风就会振动。
早在1940年，强风导致了美国塔科马大桥的坍塌:桥面像一张纸一样被炸掉，像油条一样被绞在一起，然后坍塌到海里。
桥梁抗风已成为桥梁建设中最重要的安全问题！
对于这个问题，我国直到改革开放后才开始系统研究。作为桥梁专家，陈正清深刻认识到桥梁抗风的重要性，致力于桥梁抗风研究。陈正清在从技术引进到逐步超越的过程中做出了重要贡献。
在科研方面，陈正清善于从问题中寻找科研方向。这就是桥梁抗风研究的情况。1988年，湖南大学刘广东教授邀请同济大学向教授就桥梁抗风问题作了报告，这在当时还是一个比较陌生的课题。
陈正清笑着说:“我坐在那里，不明白。我认为也没有多少人理解它。但是，我学到了一个很重要的一点，就是大跨度桥梁的抗风问题很大，大跨度桥梁必然是未来桥梁建设的方向，所以如何抗风已经成为一个非常重要的课题。”
有了这次经历，陈正清牢牢记住了一个关键词:桥梁的抗风。1991年，陈正清赴英国进行研究，报道了桥梁抗风的方向。
当时，英国在桥梁抗风的国际研究中处于领先地位。然而，当时他们还有一个问题没有解决，那就是风引起的桥梁的三维颤振分析。当时，双参数颤振理论被广泛应用，只能由设计者逐步计算。因此，普通设计人员无法按照一定的理论或模式进行设计，无法广泛推广，计算过程非常复杂。
如何找到一个相对简单的方法？经过艰苦的研究，陈正清是世界上第一个提出单参数搜索思想的人，他建立了一种三维分析方法来预测桥梁颤振失稳的临界风速，极大地简化了搜索过程，实现了自动搜索——这就像在城市中搜索一个人，现在却在街上搜索一个人。
从线性到非线性，从二维到三维，这是所有工程理论、计算和实验的显著进步。英国最著名的吊桥塞文桥利用三维颤振理论在3秒钟内获得相关数据，这是该桥最初设计的一周。
这让老师很吃惊。当陈政在清朝初年来到英国时，他的导师做的第一件事就是:来吧，我来告诉你如何使用电脑。显然，在他看来，中国学者的水平很低。恐怕他们甚至不会使用电脑。
三维颤振理论在桥梁建设中应用广泛，一般设计人员可以根据该理论进行桥梁的抗风设计，大大提高了桥梁的抗风水平。我国早期的桥梁，如虎门大桥和江阴大桥，都应用了这一理论。
在风阻方面，青仍有许多杰作。著名的湘西矮寨桥就是其中之一。
矮寨吊桥飞越了海拔1000多米，海拔571.1米的德行大峡谷。如果遇到强风，这座桥有多稳定和安全？陈正清决定采用“多稳板技术”，解决矮寨大桥原设计中抗风能力不足的问题。
为了更好地反映峡谷地形，保证桥梁抗风设计的稳定性和安全性，陈正清带领团队对几公里范围内的所有峡谷地形进行了建模，并制作了桥址直径为4米、直径为1:500米的地形模型，放置在湖南大学风工程实验研究中心进行风洞实验。
根据风洞试验结果，陈正清发现，通过安装稳定板可以很好地提高矮寨大桥的抗风稳定性。这些抗风稳定板安装经济方便，只需在桥面上和桥面下分别安装纵向和钢质抗风稳定板。如今，矮寨大桥能够承受每秒55米的最大风速，这比最初设计中12级飓风的每秒35米的风速要高得多。
永不停止的“平民实干家”。
“每隔一段时间，陈老师就会想出新的点子。他的研究动力大于我们年轻人。有时我们觉得跟不上他的想法。”陈正清的学生华旭刚，湖南大学桥梁系风工程实验研究中心副主任，与陈正清一起学习和工作了17年。在他的印象中，陈正清是一个永不停息的“平民实干家”。
据陈正清的学生说，他们的共同印象是，除了和蔼可亲的老师，其他关键词是思维敏捷、严谨的科学研究和不断创新。学生告诉记者这样一个小故事:他一起床，就发现陈老师在凌晨3点发来一条短信，要求改进减震设计项目的一些参数。
你为什么这么有活力？在陈政青自己看来，“科学研究不能太功利；一个人必须热爱科学研究，否则他会觉得这是一项艰苦的工作”。他还说:“工程科学研究仅仅有理论是不够的。我们要用理论成果解决实际问题，把科学研究成果转化为生产力。”
在科研工作中，陈正清始终遵循“以问题为导向创新，以创新实现超越”的原则。同行评议有两个突出的特点，一是每项研究都包括一个完整的理论、实验和应用过程，能够及时解决重大问题。
在陈政的科研生涯中，这样的例子数不胜数。
洞庭湖大桥全长5747.8米，横跨东洞庭湖地区，是中国第一座三塔斜拉桥。洞庭湖大桥位于多风多雨地区，建成后多次遭受强风暴雨破坏，导致电缆“风雨振动”。一旦风和雨刮得很大，桥梁的缆绳上会形成一条“雨线”，增加振动的幅度。2001年4月10日，8级强风袭击了洞庭湖大桥20多个小时。数百根带碗形开口的粗钢缆上下剧烈震动。整座桥都在颤抖，电缆附近的路灯也被打碎了。
为了解决洞庭湖大桥“风雨振动”的大问题，陈正清不仅留在实验室做研究，还多次开车到桥址进行考察，甚至冒着风雨爬过栏杆观察情况。经过连续长期的现场观测，陈正清得出了风速、风向、降雨量等参数对“风雨振动”的影响规律。经过不断的试验，陈正清掌握了拉索“风雨振动”的振动特性和机理，决定用磁流变阻尼器代替油压阻尼器。这种减振器最初是作为先进赛车的减振设备使用的，可以大大降低高速行驶车辆的振动。
然而，当时使用的磁流变阻尼器只能在压缩状态下工作，其阻力方向与桥梁的方向正好相反。它怎么能在桥上使用？陈正清反复思索着。十多天后，每个人都瘦了一圈。一天晚上，他苦苦思索，直到深夜才入睡。当他醒来的时候，他突然想到了一张三维设计图，并最终找到了他一整天都在思考的“钥匙”。
陈正清开发了磁流变电缆阻尼系统，并精心设计了系统中的各种部件，以确保其有效性和耐用性。手电筒大小的这种特殊部件连接到每根电缆的下端，提供运动阻力，从而减弱电缆的*振动，并立即治愈洞庭湖大桥的“颤抖症”。洞庭湖大桥也成为世界上第一座应用磁流变阻尼的桥梁工程。
这种利用“风和雨振动”的成功被美国权威杂志《土木工程》称为“世界上第一个使用磁流变技术的电缆减振系统”。2003年，洞庭湖大桥的设计，包括陈正清的成果，获得国家科技进步二等奖。
战胜洞庭湖大桥“风雨振”后，陈政青冷静地思考了一个问题:中国的桥梁建设速度太快，创新不够，技术相似，包括施工方法等。没有太多特征。在桥梁建设中，强风可能会给我们带来各种意想不到的问题。为了迎接更大的挑战，我们应该有更好的实验手段。
他到处旅行，精心设计。2004年10月，他建造了湖南大学一级风洞实验室。实验室占地面积约1800平方米，拥有中国最高的两项技术指标。它可以利用各种人工强风冲击桥梁模型和重要构件，为桥梁设计提供准确的数据。
如今，68岁的陈正清仍然雄心勃勃地站在这个大实验室里:“未来，我们的风力项目将逐步从单一的桥梁方向转向核电站冷却塔、风力涡轮机、大型输电塔、房屋的抗风能力、有害气体在环境中的扩散等领域。”(原名:陈正清:从农村教师到“大乔院士”)
(此图由湖南大学提供)