中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預(yù)警與評價、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
4月26日，橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，技術(shù)人員正在大型地震模擬試驗(yàn)臺上調(diào)試實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
當(dāng)?shù)卣饋砼R，橋梁能否“扛”得?。靠梢韵仍跇蛄汗こ探Y(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室做個試驗(yàn)。
4月26日，在位于南岸區(qū)五公里的橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里，該實(shí)驗(yàn)室主任唐光武指著其貌不揚(yáng)的“寶貝”們說，世界上最長跨海大橋——港珠澳大橋的隔震橋梁振動臺試驗(yàn)、非通航孔支座性能抗震模擬試驗(yàn)、大型高阻尼隔震支座試驗(yàn)、大型鉛芯隔震支座試驗(yàn)，中國建橋史上工程規(guī)模最大、綜合建設(shè)條件最復(fù)雜的特大型橋梁工程蘇通長江公路大橋斜拉索拉彎疲勞試驗(yàn)……都出自這個實(shí)驗(yàn)室。
重慶朝天門長江大橋模型試驗(yàn)、石板坡長江大橋鋼混接頭疲勞試驗(yàn)等，也在這里完成。
這個實(shí)驗(yàn)室里，到底藏著哪些“寶貝”？跟隨重慶日報記者一探虛實(shí)吧。
4月26日，橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，技術(shù)人員正在準(zhǔn)備為橋梁工程索纜做拉彎疲勞試驗(yàn)。
大型地震模擬試驗(yàn)臺陣系統(tǒng)世界首創(chuàng)
可模擬3軸向6個自由度的地震波
這個實(shí)驗(yàn)室“藏”在招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司一棟不起眼的樓里。穿過一條不算寬敞的過道后，前方豁然開朗，約五層樓高的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)大廳就這么展現(xiàn)在記者面前。
往地上一看，竟有一個長約36米的長方形“巨坑”：坑里有2個同樣是長方形的臺面，臺面四周有空隙，隱藏著4根藍(lán)色的杠桿，杠桿上的“螺絲”足有手掌大。
唐光武透露，這是世界上首個擁有兩個臺陣的大型地震模擬試驗(yàn)臺陣系統(tǒng)，建成于2002年。對土木工程來說，抗震非常關(guān)鍵，特別是大型橋梁，使用年限基本上是按照百年設(shè)計的，首先就得過抗震試驗(yàn)這一關(guān)。“該臺陣系統(tǒng)的作用正是模擬地震波，通過模擬地震來臨時的真實(shí)情景，找出在結(jié)構(gòu)設(shè)計上的薄弱點(diǎn)?！?/P>
“臺陣工作模式及軌道移動方式均屬世界首創(chuàng)?！碧乒馕渲钢L方形臺面說，臺陣每臺自重20噸，可承載最重達(dá)70噸的橋梁模型，臺陣周圍的杠桿叫作動器，就像手臂一般懷抱著臺陣，其下面是液壓油系統(tǒng)，系統(tǒng)啟動后，能模擬地震帶來的巨大威力。大跨度結(jié)構(gòu)的橋梁模型會被放置在兩個臺陣上，臺陣間連有軌道，能實(shí)現(xiàn)3軸向6個自由度的震動，“通俗來說，它可以平動、轉(zhuǎn)動，也可以像蹺蹺板翹起一方來?！?/P>
那它可以模擬多大強(qiáng)度的地震呢？唐光武說，汶川地震峰值的加速度約為1g，而臺面最大加速度可以達(dá)到3g。
“這就為大跨度結(jié)構(gòu)的抗震試驗(yàn)研究提供了必要的條件，從而使大跨度結(jié)構(gòu)抗震動力學(xué)的一些基本問題的試驗(yàn)研究成為可能?！碧乒馕湔f。
在臺陣系統(tǒng)一側(cè)放著一座透明的橋梁模型，是1：60的縮尺比明珠灣大橋模型，主跨、邊桁拱、橋墩等一應(yīng)俱全，甚至連拉索也進(jìn)行了還原。
“試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪遣捎脭?shù)控加工制作的，材料是有機(jī)玻璃?！痹搶?shí)驗(yàn)室工作人員劉海明介紹，2016年做抗震試驗(yàn)時，為了滿足相似條件，在模型上配了鉛塊，各類型傳感器也安放在上面以得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)后期，研究人員還進(jìn)行了大量的數(shù)據(jù)分析，指導(dǎo)工程建設(shè)，為工程的安全保駕護(hù)航。
“港珠澳大橋的隔震橋梁振動臺試驗(yàn)也是在這里完成的。”唐光武說，港珠澳大橋全長55公里，作為最長的有地震斷層穿過的跨海大橋，引入了減隔震技術(shù)。2012年4月，港珠澳大橋單墩擬靜力試驗(yàn)、單墩減隔震與抗震性能對比的全橋振動臺模型試驗(yàn)、多跨模型減隔震與抗震性能雙聯(lián)振動臺一致激勵和非一致激勵試驗(yàn)先后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果很成功。
橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)場全景。
3000噸工程索纜拉彎疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)
1秒最高拉伸索纜5次
在結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)大廳的另一側(cè)，兩個橘色的“門”字型鋼架引起了記者的注意，鋼架下方是試驗(yàn)床，試驗(yàn)床又分為2個，分別連有臉盆大小的線纜。
“這是3000噸工程索纜拉彎疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)，通俗來說，就是看橋梁索纜結(jié)不結(jié)實(shí)?！碧乒馕湔f，該系統(tǒng)也很有來頭，是為世界跨徑最大斜拉橋蘇通大橋量身定做的。
當(dāng)時，蘇通大橋建設(shè)時，大橋建設(shè)指揮部找到實(shí)驗(yàn)室，希望能夠完成大橋索纜靜載與拉彎耦合疲勞試驗(yàn)，這也是國家科技支撐計劃項(xiàng)目之一。
蘇通大橋索纜靜載試驗(yàn)要求加載能力達(dá)到2000多噸，疲勞試驗(yàn)加載能力也要達(dá)到1000多噸，而實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足試驗(yàn)要求。怎么辦？
唐光武帶領(lǐng)團(tuán)隊反復(fù)做設(shè)計、論證、試驗(yàn)，創(chuàng)造性提出了雙向雙束、動靜載分離的索纜拉彎耦合試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計方案，使靜載試驗(yàn)加載能力達(dá)到3000噸。
“以前做纜索疲勞試驗(yàn)節(jié)奏約為10秒一次，一般要做200萬次，需要半年以上?！碧乒馕湔f，經(jīng)過改良后，新系統(tǒng)能1秒做5次，而且可以雙索同時進(jìn)行，不到一個月就能做完兩根索的疲勞試驗(yàn)。
這使我國具備了完成千米跨徑級斜拉橋拉索靜載和疲勞足尺試驗(yàn)的能力。目前，實(shí)驗(yàn)室已為蘇通大橋、武漢天興洲大橋等近50座特大橋提供技術(shù)服務(wù)，還為981海洋鉆井平臺錨鏈系統(tǒng)提供了試驗(yàn)服務(wù)。
隨著橋梁寬度的增加和公軌兩用橋梁的逐漸興起，對超大規(guī)模索纜的需求也越來越大，實(shí)驗(yàn)室在3000噸工程索纜拉彎疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上又研發(fā)了6000噸索纜試驗(yàn)系統(tǒng)。
該系統(tǒng)就在3000噸試驗(yàn)系統(tǒng)旁邊，外形與3000噸系統(tǒng)差不多，但體積更大，試驗(yàn)床長度達(dá)16米，重量達(dá)到324噸，是3000噸系統(tǒng)的2倍。
“我們對動橫梁的受力方式和構(gòu)造進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計，使動橫梁受力更明確；針對超大噸位索纜自重較大的特點(diǎn)改進(jìn)了錨固區(qū)構(gòu)造，提高了安裝效率?！碧乒馕湔f，目前該系統(tǒng)的加載能力和試驗(yàn)效率在國際上處于領(lǐng)先地位。
4月26日，橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，技術(shù)人員在明珠灣大橋模型上安裝實(shí)驗(yàn)監(jiān)測設(shè)備。
多通道結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)
反力墻每個孔可提供100噸反力
這個實(shí)驗(yàn)室還能做什么？
唐光武將我們帶到了結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)大廳的后側(cè)，這里有約三層樓高（11米高）的一面墻，墻上排列著若干個小孔，地上也同樣如此，在距離墻面不遠(yuǎn)的地方搭建著鋼架和作動器。
“這其實(shí)是多通道結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)的配套設(shè)施。”唐光武解釋說，這面墻叫反力墻，地板則是反力地板，在反力墻和反力地板上可以安裝試件或作動器，可以給予橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件巨大作用力，進(jìn)行靜、動載試驗(yàn)研究、疲勞試驗(yàn)研究、擬動力抗震試驗(yàn)研究、延性抗震試驗(yàn)研究及環(huán)境模擬試驗(yàn)研究等。
反力墻由高強(qiáng)應(yīng)力筋、混凝土澆成，而墻上的每一個孔，可以提供100噸的反力，一般四個孔為一組，即400噸的力。
“石板坡長江大橋復(fù)線橋就是在這做的鋼混接頭靜載和疲勞試驗(yàn)。”唐光武說，石板坡長江大橋復(fù)線橋與舊橋相距僅25米，但并列的橋墩將在航道上形成“巷道效應(yīng)”，不能滿足通航要求。如何保持同樣橋型又滿足通航？只能在新建的橋布跨時取消一個橋墩。這樣一來，新建的梁式橋的通航孔跨度就變成了330米。用混凝土梁跨越330米是個難題，就得減輕結(jié)構(gòu)的自重，經(jīng)多方研討后決定在330米跨的中部108米采用鋼箱梁取代混凝土梁，那鋼混接頭牢固與否就成為關(guān)鍵。
“當(dāng)時，我們模擬了鋼混接頭部分，把它固定在反力地板上，用2個作動器加載，研究其受力性能，看這個結(jié)構(gòu)會不會出現(xiàn)靜載或疲勞破壞?！碧乒馕湔f，通過試驗(yàn)，完善了橋梁設(shè)計，后來該結(jié)構(gòu)也運(yùn)用在了復(fù)線橋上。
事實(shí)上，除了石板坡長江大橋復(fù)線橋，菜園壩大橋、小欖水道特大橋也都通過了多通道結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)檢驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)大廳里還有一個大家伙，那就是大型支座試驗(yàn)系統(tǒng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去，由于鋼架上部有凸出來的三角形結(jié)構(gòu)和兩個圓點(diǎn)，讓它看上去像一只貓頭鷹，其腹部是黃色的作動器，中間留了一小溜空隙，試驗(yàn)時，支座會被放置在中間，承受巨大的壓力。
“港珠澳大橋的大型高阻尼隔震支座試驗(yàn)、大型鉛芯隔震支座試驗(yàn)也是在這里完成，其高阻尼隔震支座有1.5×1.5米這么粗，需要兩個人合抱才行。”唐光武說。
新聞多一點(diǎn)>>
實(shí)驗(yàn)室名片
歷史基因
依托于招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司，是2008年科技部批準(zhǔn)建設(shè)的首批企業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一，2011年通過驗(yàn)收。
研究方向
主要研究方向?yàn)闃蛄航Y(jié)構(gòu)抗震基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)、橋梁結(jié)構(gòu)振動基礎(chǔ)理論與振動控制技術(shù)和橋梁工程建設(shè)與運(yùn)營安全監(jiān)控檢測技術(shù)。
科技絕活
擁有世界上首個由兩個六自由度地震臺組成的地震模擬試驗(yàn)臺陣系統(tǒng)、大型工程索纜靜載與拉彎疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)、3000噸橋梁支座試驗(yàn)系統(tǒng)等先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，是我國交通行業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備最先進(jìn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ψ顝?qiáng)的橋梁抗震實(shí)驗(yàn)室。
光榮業(yè)績
近十年來，共承擔(dān)各類科研項(xiàng)目400余項(xiàng)，出版專著12部，獲得發(fā)明專利授權(quán)60余項(xiàng)，軟件著作權(quán)10余項(xiàng)，編制國家標(biāo)準(zhǔn)3部，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)17部。獲國家和省部級科技獎勵共49項(xiàng)，另外還獲得50余項(xiàng)國家級和省部級工程類獎勵。
高端對話
橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任唐光武：多項(xiàng)研究成果實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化
“我們瞄準(zhǔn)的是世界橋梁工程領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)，針對橋梁工程領(lǐng)域共性關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)問題展開研究，著力解決重大工程技術(shù)難題。”4月27日，橋梁工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任唐光武接受了重慶日報記者專訪。
重慶日報：能躋身首批企業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，當(dāng)時靠的什么？
唐光武：實(shí)驗(yàn)室依托的招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司成立于1965年，那時叫交通部交通科學(xué)研究院重慶分院。經(jīng)過多年發(fā)展，已成長為國內(nèi)領(lǐng)先的集鋼橋面鋪裝、科研設(shè)計、路面材料、施工成套技術(shù)為特色的高新技術(shù)企業(yè)。因此，在2008年科技部批準(zhǔn)建設(shè)的第一批企業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中就有我們。
重慶日報：在橋梁領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)室發(fā)揮了很大的攻堅克難作用，在其他領(lǐng)域呢？
唐光武：近十年來，實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)了40多項(xiàng)橋梁抗震方面的國家和省部級重大科研項(xiàng)目及國際合作項(xiàng)目，解決了一系列關(guān)鍵動力學(xué)問題。我們的“主業(yè)”雖然是橋梁，但事實(shí)上，業(yè)務(wù)范圍已擴(kuò)展到整個土木工程領(lǐng)域，為我國核電行業(yè)、特高壓輸變電行業(yè)、高鐵行業(yè)、建筑行業(yè)和石油行業(yè)等提供了大量技術(shù)咨詢服務(wù)。對我國重大工程和特大工程建設(shè)項(xiàng)目起到了重要的科技支撐作用和保障作用。
重慶日報：實(shí)驗(yàn)室如何走好產(chǎn)學(xué)研結(jié)合這條道路？
唐光武：我們大量的研究成果都實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)化，為企業(yè)服務(wù)。比如研發(fā)了國內(nèi)首套基于云平臺的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有部署效率高、成本低的特點(diǎn)，特別適合我國量大面廣的中小跨徑橋梁的健康監(jiān)測。目前，該系統(tǒng)已成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，年產(chǎn)值達(dá)2000多萬元，且發(fā)展勢頭良好。另外，實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的橋梁防撞試驗(yàn)裝置，也成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，年產(chǎn)值達(dá)5000多萬元。
下一步，實(shí)驗(yàn)室將投入9000余萬元建設(shè)關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)設(shè)施并擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)場地，圍繞我國橋梁工程建設(shè)的共性關(guān)鍵技術(shù)、前沿技術(shù)和重大工程建設(shè)項(xiàng)目的技術(shù)需求，開展進(jìn)一步研究。
重慶日報記者 李珩 本版圖片由記者 崔力 攝/視覺重慶
