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為大型復雜建築抗震把關 訪國家科技進步獎二等獎獲得者、中國地震局工程力學研究所研究員王濤
2017-01-11 10:30:56 來源:黑龍江日報  作者:彭溢
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  黑龍江日報1月11日訊 1月9日,2016年度國家科學技術獎勵大會在北京人民大會堂舉行,中國地震局工程力學研究所研究員王濤帶領團隊完成的『大型復雜結構在線混合試驗關鍵技術與應用』項目榮獲國家科學技術進步獎二等獎。

  近日,王濤赴北京領獎前,記者來到位於哈爾濱市南崗區學府路上的中國地震局工程力學研究所采訪了他。采訪前,記者拿到一份項目簡介,在一系列晦澀的技術術語中,有一句話讓記者眼前一亮,『項目成果成功應用於北京中國尊超高層建築(北京最高建築、528米)、雲南龍江特大橋梁(亞洲最大山區懸索橋、主跨1196米)、鄒城國際會展中心大跨結構等大型復雜工程建設項目』,記者的采訪就從這句話開始。

  『528米的中國尊,建成後將是世界上在抗震設防高烈度區建造的最高建築。』王濤告訴記者。中國尊,因外形酷似中國古之禮器『尊』而得名。『建築中運用了很多新的結構構件和結構體系,最特別的是坐落在中國尊四角的異形鋼混凝土混合柱,柱子裡有鋼隔板,鋼和混凝土能否協調好,大家都沒把握,而且又是一個異形結構件,在不同方向地震動作用下的表現是不清楚的』,王濤介紹,因此,用精准的試驗來檢驗其抗震能力,成為開工前的首要任務。

  如何試驗呢?王濤介紹,以往最常用的抗震試驗方法是采用地震模擬震動臺,就是把房屋蓋好後放在上面,晃動震動臺模擬地震來臨。這是最真實的模擬地震輸入的方法,但它的承載能力非常有限,大型建築物不可能放在上面去晃。而大型復雜工程在地震作用下的破壞機理又十分復雜,如借助於縮尺模型只能看到宏觀的破壞現象,細節的破壞情況還是看不到。因此,傳統的數值計算和物理試驗方法均難以准確模擬其大震損傷破壞的全過程。

  王濤帶領團隊采用創新發展的大型復雜結構在線混合試驗方法,對異形鋼混凝土混合柱作了地震響應模擬試驗,判斷柱子能否達到設防要求,同時將中國尊的整體結構模型在計算機中作數值模擬,使兩者協同完成整體結構的動力反應模擬,得出了中國尊的抗震系數。這與以往的試驗方法相比,避免了建整個結構,不僅為工程節省了時間、經費,而且大大提高了試驗結果的准確性。

  這個方法業內人士聽起來並不難,但要得出准確的試驗結果卻並不容易。因為該方法存在三大技術瓶頸:一是缺乏數值域和物理域的同步協調理論;二是難以實現復雜邊界的協調;三是缺少可擴展的試驗平臺和可信的試驗驗證。

  王濤坦言,抗震試驗是一個多學科交叉的研究,不是單純土木工程系的學者能完成的,還要結合計算機、信號處理、電子電路、控制自動化等學科的知識。在與美國科研機構聯機做試驗時,王濤帶領團隊按照美國作息時間,每天晚上8點開始做試驗,一直工作到第二天早上五六點鍾。看著實驗結果按照預想的軌跡走完,他們興奮不已,第一時間把實驗數據整理匯總。那段時間,王濤每天只睡兩三個小時。

  功夫不負有心人。王濤帶領團隊歷經12年的研究與實踐,創新發展了協同數值域與物理域同步模擬的在線混合試驗理論,『摸索出了協調數值模擬和試驗的算法,建立了人們共同使用這項技術方法的平臺。』這也是此次獲獎項目取得的重大突破。

  該成果獲得2015年度中國地震局防震減災科技成果一等獎。以中國工程院院士周福霖為組長,共包括5名院士在內的鑒定專家委員會一致認為,該項目研究成果為抗震試驗提供了新方法和新途徑,顯著提昇了我國在抗震試驗領域的國際影響力,總體上達到了國際領先水平。目前,該項目成果獲得了4項國家發明專利,發表SCI檢索論文46篇,其中17篇發表在地震工程領域國際頂級期刊上,出版了國際上首部系統闡述在線混合試驗理論和關鍵技術的專著。項目成果在美、日等國際重大科研項目中得到應用,為我國『建築安全與環境國家重點實驗室』等國家級平臺提供核心技術,取得了顯著的社會效益。

責任編輯:王輝