4月26日，橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)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(tái)上調(diào)試實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
4月26日，橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)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)。
橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)場(chǎng)全景。
4月26日，橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)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(cè)設(shè)備。
本版圖片由記者 崔力 攝/視覺重慶
當(dāng)?shù)卣饋砼R，橋梁能否“扛”得住？可以先在橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室做個(gè)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(dòng)力學(xué)國(guó)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(zhǎng)跨海大橋——港珠澳大橋的隔震橋梁振動(dòng)臺(tái)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(guó)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(zhǎng)江公路大橋斜拉索拉彎疲勞試驗(yàn)……都出自這個(gè)實(shí)驗(yàn)室。
重慶朝天門長(zhǎng)江大橋模型試驗(yàn)、石板坡長(zhǎng)江大橋鋼混接頭疲勞試驗(yàn)等，也在這里完成。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)室里，到底藏著哪些“寶貝”？跟隨記者一探虛實(shí)吧。
大型地震模擬試驗(yàn)臺(tái)陣系統(tǒng)世界首創(chuàng)
可模擬3軸向6個(gè)自由度的地震波
這個(gè)實(shí)驗(yàn)室“藏”在招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)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(gè)長(zhǎng)約36米的長(zhǎng)方形“巨坑”：坑里有2個(gè)同樣是長(zhǎng)方形的臺(tái)面，臺(tái)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(gè)擁有兩個(gè)臺(tái)陣的大型地震模擬試驗(yàn)臺(tái)陣系統(tǒng)，建成于2002年。對(duì)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(jì)的，首先就得過抗震試驗(yàn)這一關(guān)。“該臺(tái)陣系統(tǒng)的作用正是模擬地震波，通過模擬地震來臨時(shí)的真實(shí)情景，找出在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的薄弱點(diǎn)。”
“臺(tái)陣工作模式及軌道移動(dòng)方式均屬世界首創(chuàng)?！碧乒馕渲钢L(zhǎng)方形臺(tái)面說，臺(tái)陣每臺(tái)自重20噸，可承載最重達(dá)70噸的橋梁模型，臺(tái)陣周圍的杠桿叫作動(dòng)器，就像手臂一般懷抱著臺(tái)陣，其下面是液壓油系統(tǒng)，系統(tǒng)啟動(dòng)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(huì)被放置在兩個(gè)臺(tái)陣上，臺(tái)陣間連有軌道，能實(shí)現(xiàn)3軸向6個(gè)自由度的震動(dòng)，“通俗來說，它可以平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)，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(tái)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(dòng)力學(xué)的一些基本問題的試驗(yàn)研究成為可能。”唐光武說。
在臺(tái)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。”該實(shí)驗(yàn)室工作人員劉海明介紹，2016年做抗震試驗(yàn)時(shí)，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(dòng)臺(tái)試驗(yàn)也是在這里完成的?！碧乒馕湔f，港珠澳大橋全長(zhǎng)55公里，作為最長(zhǎng)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(duì)比的全橋振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)、多跨模型減隔震與抗震性能雙聯(lián)振動(dòng)臺(tái)一致激勵(lì)和非一致激勵(lì)試驗(yàn)先后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果很成功。
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(gè)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(gè)，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(shí)，蘇通大橋建設(shè)時(shí)，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(guó)家科技支撐計(jì)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(duì)反復(fù)做設(shè)計(jì)、論證、試驗(yàn)，創(chuàng)造性提出了雙向雙束、動(dòng)靜載分離的索纜拉彎耦合試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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。”唐光武說，經(jīng)過改良后，新系統(tǒng)能1秒做5次，而且可以雙索同時(shí)進(jìn)行，不到一個(gè)月就能做完兩根索的疲勞試驗(yàn)。
這使我國(guó)具備了完成千米跨徑級(jí)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(tái)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(duì)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(zhǎng)度達(dá)16米，重量達(dá)到324噸，是3000噸系統(tǒng)的2倍。
“我們對(duì)動(dòng)橫梁的受力方式和構(gòu)造進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使動(dòng)橫梁受力更明確；針對(duì)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(guó)際上處于領(lǐng)先地位。
多通道結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)
反力墻每個(gè)孔可提供100噸反力
這個(gè)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(gè)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(dòng)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?！碧乒馕浣忉屨f，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(dòng)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(dòng)載試驗(yàn)研究、疲勞試驗(yàn)研究、擬動(dòng)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(gè)孔，可以提供100噸的反力，一般四個(gè)孔為一組，即400噸的力。
“石板坡長(zhǎng)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)?！碧乒馕湔f，石板坡長(zhǎng)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(shí)取消一個(gè)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(gè)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(shí)，我們模擬了鋼混接頭部分，把它固定在反力地板上，用2個(gè)作動(dòng)器加載，研究其受力性能，看這個(gè)結(jié)構(gòu)會(huì)不會(huì)出現(xiàn)靜載或疲勞破壞。”唐光武說，通過試驗(yàn)，完善了橋梁設(shè)計(jì)，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(zhǎng)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(gè)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(gè)圓點(diǎn)，讓它看上去像一只貓頭鷹，其腹部是黃色的作動(dòng)器，中間留了一小溜空隙，試驗(yàn)時(shí)，支座會(huì)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(gè)人合抱才行?！碧乒馕湔f。
（記者 李珩）
（稿件原載于2021年05月11日《重慶日?qǐng)?bào)》）
