我國建成萬噸級多功能實驗系統(tǒng) 檢驗建筑抗震等性能
文章來源：中國建筑集團有限公司 發(fā)布時間：2020-08-11
歷經(jīng)10年攻關(guān)，中國建筑技術(shù)中心啟動的“中建萬噸級多功能實驗系統(tǒng)”于近日建成，正式投入試運行，成為當前世界上唯一的垂向加載能力上萬噸的六自由度工程結(jié)構(gòu)實驗設(shè)備，可為國內(nèi)外工程領(lǐng)域巨型復(fù)雜結(jié)構(gòu)進行足尺實驗，避免因?qū)嶒炏到y(tǒng)加載能力和空間不足導(dǎo)致的“尺度效應(yīng)”，真實反映結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，從而科學(xué)客觀地了解其力學(xué)性能。
建筑性能的“預(yù)言家”
工程結(jié)構(gòu)試驗與檢測是研究和發(fā)展結(jié)構(gòu)計算理論的重要手段，從驗證材料的力學(xué)性能到驗證由各種材料構(gòu)成的不同類型結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的基本計算方法，以及近年來發(fā)展的大量大跨、超高、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計建造，都離不開工程結(jié)構(gòu)試驗研究。
中建萬噸級多功能實驗系統(tǒng)擁有世界領(lǐng)先的大噸位、大空間、六自由度加載能力，可對構(gòu)件進行足尺加載檢驗，科學(xué)直觀地了解構(gòu)件力學(xué)性能，并以此開展工程領(lǐng)域新型結(jié)構(gòu)體系研發(fā)、標準制訂、產(chǎn)品研制。
中建集團圍繞產(chǎn)業(yè)技術(shù)需求，加強基礎(chǔ)科學(xué)研究，成功研制出“中建萬噸級多功能實驗系統(tǒng)”。可滿足國內(nèi)外工程領(lǐng)域?qū)扌徒Y(jié)構(gòu)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、工程隔減震子結(jié)構(gòu)等進行足尺試驗的需求，為重大工程、設(shè)備的設(shè)計、建造和制造提供技術(shù)支撐，助力我國工程結(jié)構(gòu)科學(xué)研究和技術(shù)革新。
行業(yè)科技創(chuàng)新的“助推器”
中建萬噸級多功能實驗系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于橋梁、隧道、鐵道、道路、房屋、大壩等土木工程結(jié)構(gòu)，實體檢驗大型、復(fù)雜、關(guān)鍵構(gòu)件在壓、彎、扭轉(zhuǎn)及動態(tài)往復(fù)加載等復(fù)雜受力狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)性能，是土木工程科技創(chuàng)新的重大試驗裝備，將助推工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)變革。
傳統(tǒng)建造業(yè)務(wù)方面，超高層建筑單個結(jié)構(gòu)構(gòu)件承重高達數(shù)萬噸，受實驗設(shè)備制約，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員一般通過有限元分析和小比例尺試驗作為設(shè)計依據(jù)，無法真實反映實際構(gòu)件的力學(xué)性能。中建萬噸級多功能實驗系統(tǒng)擁有試件實體試驗?zāi)芰Γ瑢榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計和施工提供精確高效的試驗數(shù)據(jù)支撐，助力集團保持傳統(tǒng)建造業(yè)務(wù)的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢。
基礎(chǔ)設(shè)施及新業(yè)務(wù)方面，可對大型水壩、橋梁、隧道的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行足尺加載試驗，充分驗證結(jié)構(gòu)性能，為構(gòu)件的安全、可靠、經(jīng)濟、創(chuàng)新提供技術(shù)支撐，還可進行直徑2米隔震支座及多個足尺隔震支座聯(lián)合加載試驗，有助于提升我國隔減震技術(shù)與產(chǎn)品水平，為工程領(lǐng)域抗震防災(zāi)工作提供技術(shù)保障。
試驗?zāi)芰Α叭I(lǐng)先”
加載能力領(lǐng)先。垂向加載能力達10800噸，超越了當前國內(nèi)4000噸、國外6000噸的同類實驗設(shè)備垂向加載能力，并可實現(xiàn)六自由度加載。水平X向最大加載力為±600噸，水平Y(jié)向最大加載力為±900噸，可滿足巨型結(jié)構(gòu)構(gòu)件足尺或大比例尺實驗，可對巨型柱、巨型剪力墻、復(fù)雜空間節(jié)點等結(jié)構(gòu)構(gòu)件和阻尼器、隔振支座進行動靜態(tài)加載試驗，綜合加載能力世界領(lǐng)先。
加載空間領(lǐng)先。最大凈試驗空間長9.1米、寬6.6米、高10米，垂向可實現(xiàn)0.5米至10米的連調(diào)，是全球加載空間最大的工程結(jié)構(gòu)實驗設(shè)備，也是唯一可進行多個足尺隔震支座聯(lián)合加載試驗的設(shè)備。
加載技術(shù)領(lǐng)先。控制系統(tǒng)采用多冗余控制技術(shù)，通過控制連接在加載平臺上的18個作動器，實現(xiàn)6自由度加載：垂向最大位移250毫米，水平X向最大位移±1500毫米，水平Y(jié)向最大位移±500毫米，繞X軸和Y軸最大轉(zhuǎn)動角±2度，繞Z軸最大轉(zhuǎn)動角±10度；可以模擬結(jié)構(gòu)構(gòu)件的復(fù)雜邊界條件，可進行直徑為2米的隔震支座的高速壓剪實驗，在水平力為±600噸時，最大加載速度可以達到±1500毫米/秒，控制技術(shù)世界領(lǐng)先。實驗系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)之一“垂向作動器與滑動平板之間的摩擦系數(shù)”小于0.2%，舉重若輕，達到了近乎零摩擦的高技術(shù)要求，為試驗的安全、高效、精確提供了關(guān)鍵技術(shù)保障。
創(chuàng)新背后的“智囊團”
該系統(tǒng)集靜力和動力實驗功能于一體，控制技術(shù)復(fù)雜，設(shè)計建造難度巨大，特別是加載框架生產(chǎn)加工與安裝技術(shù)、加載框架移動橫梁自動升降與鎖緊技術(shù)、大噸位垂向滑動微摩擦靜壓支承技術(shù)、六自由度控制技術(shù)等都給自主研發(fā)工作帶來了嚴峻的技術(shù)挑戰(zhàn)。
該系統(tǒng)研發(fā)團隊平均年齡38周歲，由清華大學(xué)、同濟大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等高校畢業(yè)的10多名博士、20多名碩士組成。雖然研發(fā)過程面臨技術(shù)研制、設(shè)備制造等多方面困難，但中國建筑技術(shù)中心堅決落實中建集團黨組關(guān)于“建立產(chǎn)學(xué)研深度融合創(chuàng)新體系，以創(chuàng)新驅(qū)動高質(zhì)量發(fā)展”的部署要求，大力弘揚科學(xué)精神和工匠精神，組建了由6位中國工程院院士、30多位企業(yè)、高校專家教授組成的顧問團隊，聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中建科工，以“科研機構(gòu)+高校+企業(yè)”融合創(chuàng)新機制，攻克了該系統(tǒng)在技術(shù)參數(shù)、試驗功能、設(shè)備制造等方面的重重困難，解決了我國工程結(jié)構(gòu)科學(xué)實驗手段與實際需求嚴重脫節(jié)的現(xiàn)狀，是中國建筑在行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)方面的重大突破。
中國工程院院士鄧宗全院士評價：“這是集機、電、液于一體的復(fù)雜的實驗設(shè)備，是實驗設(shè)備領(lǐng)域的大科學(xué)攻關(guān)項目。”
目前，該實驗系統(tǒng)已接受了國內(nèi)外多家單位的試驗預(yù)約，涉及建筑工程、基礎(chǔ)設(shè)施工程、能源電力工程等多領(lǐng)域。
中建技術(shù)中心將聚焦產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究，以增強“中建萬噸級多功能實驗系統(tǒng)”的實用性應(yīng)用性為目標，建設(shè)開放性、國際化的實驗平臺，與全行業(yè)、全社會共享創(chuàng)新成果。
【責任編輯：趙藝涵】
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