中建集团成功研发出万吨级多功能实验系统

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07.27

2020

 

历经10年攻关,中国建筑技术中心启动的“中建万吨级多功能实验系统”于近日建成,正式投入试运行,成为当前世界上唯一的垂向加载能力上万吨的六自由度工程结构实验设备,可为国内外工程领域巨型复杂结构进行足尺实验,避免因实验系统加载能力和空间不足导致的“尺度效应”,真实反映结构受力状态,从而科学客观地了解其力学性能。

建筑性能的“预言家”

工程结构试验与检测是研究和发展结构计算理论的重要手段,从验证材料的力学性能到验证由各种材料构成的不同类型结构和构件的基本计算方法,以及近年来发展的大量大跨、超高、复杂结构的设计建造,都离不开工程结构试验研究。

中建万吨级多功能实验系统拥有世界领先的大吨位、大空间、六自由度加载能力,可对构件进行足尺加载检验,科学直观地了解构件力学性能,并以此开展工程领域新型结构体系研发、标准制订、产品研制。

中建集团围绕产业技术需求,加强基础科学研究,成功研制出“中建万吨级多功能实验系统”。可满足国内外工程领域对巨型结构、复杂结构、工程隔减震子结构等进行足尺试验的需求,为重大工程、设备的设计、建造和制造提供技术支撑,助力我国工程结构科学研究和技术革新。

行业科技创新的“助推器”

中建万吨级多功能实验系统可广泛应用于桥梁、隧道、铁道、道路、房屋、大坝等土木工程结构,实体检验大型、复杂、关键构件在压、弯、扭转及动态往复加载等复杂受力状态下的结构性能,是土木工程科技创新的重大试验装备,将助推工程结构领域的技术革新和产业变革。

传统建造业务方面,超高层建筑单个结构构件承重高达数万吨,受实验设备制约,结构设计人员一般通过有限元分析和小比例尺试验作为设计依据,无法真实反映实际构件的力学性能。中建万吨级多功能实验系统拥有试件实体试验能力,将为结构设计和施工提供精确高效的试验数据支撑,助力集团保持传统建造业务的技术领先优势。

基础设施及新业务方面,可对大型水坝、桥梁、隧道的结构构件进行足尺加载试验,充分验证结构性能,为构件的安全、可靠、经济、创新提供技术支撑,还可进行直径2米隔震支座及多个足尺隔震支座联合加载试验,有助于提升我国隔减震技术与产品水平,为工程领域抗震防灾工作提供技术保障。

试验能力“三领先”

加载能力领先。垂向加载能力达10800吨,超越了当前国内4000吨、国外6000吨的同类实验设备垂向加载能力,并可实现六自由度加载。水平X向最大加载力为±600吨,水平Y向最大加载力为± 900吨,可满足巨型结构构件足尺或大比例尺实验,可对巨型柱、巨型剪力墙、复杂空间节点等结构构件和阻尼器、隔振支座进行动静态加载试验,综合加载能力世界领先。

加载空间领先。最大净试验空间长9.1米、宽6.6米、高10米,垂向可实现0.5米至10米的连调,是全球加载空间最大的工程结构实验设备,也是唯一可进行多个足尺隔震支座联合加载试验的设备。

加载技术领先。控制系统采用多冗余控制技术,通过控制连接在加载平台上的18个作动器,实现6自由度加载:垂向最大位移250毫米,水平X向最大位移±1500毫米,水平Y向最大位移±500毫米,绕X轴和Y轴最大转动角±2度,绕Z轴最大转动角±10度。可以模拟结构构件的复杂边界条件,可进行直径为2米的隔震支座的高速压剪实验,在水平力为±600吨时,最大加载速度可以达到±1500毫米/秒,控制技术世界领先。

实验系统的关键技术参数之一“垂向作动器与滑动平板之间的摩擦系数” 小于0.2%,举重若轻,达到了近乎零摩擦的高技术要求,为试验的安全、高效、精确提供了关键技术保障。

创新背后的“智囊团”

该系统集静力和动力实验功能于一体,控制技术复杂,设计建造难度巨大,特别是加载框架生产加工与安装技术、加载框架移动横梁自动升降与锁紧技术、大吨位垂向滑动微摩擦静压支承技术、六自由度控制技术等都给自主研发工作带来了严峻的技术挑战。

该系统研发团队平均年龄38周岁,由清华大学、同济大学、哈尔滨工业大学等高校毕业的10多名博士、20多名硕士组成。 虽然研发过程面临技术研制、设备制造等多方面力创世界一流的巨大困难,但中国建筑技术中心坚决落实中建集团党组关于“建立产学研深度融合创新体系,以创新驱动高质量发展”的部署要求,大力弘扬科学精神和工匠精神,组建了由6位中国工程院院士、30多位企业、高校专家教授组成的顾问团队,联合哈尔滨工业大学、中建科工,以“科研机构+高校+企业”融合创新机制,攻克了该系统在技术参数、试验功能、设备制造等方面的重重困难,解决了我国工程结构科学实验手段与实际需求严重脱节的现状,是中国建筑在行业关键技术研发方面的重大突破。

中国工程院院士邓宗全院士评价:“这是集机、电、液于一体的复杂的实验设备,是实验设备领域的大科学攻关项目。”

目前,该实验系统已接受了国内外多家单位的试验预约,涉及建筑工程、基础设施工程、能源电力工程等多领域。

中建技术中心将聚焦产业技术研究,以增强“中建万吨级多功能实验系统”的实用性应用性为目标,建设开放性、国际化的实验平台,与全行业、全社会共享创新成果!【企业文化部,科技与设计管理部,中建技术中心(中建产研院)供稿)】

 来源:中国建筑集团有限公司官网

 

 

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