在犀浦校區東北角上有一幢白色的實驗大樓,給人以大氣端莊、明快而又充滿活力的感覺,那就是我校剛剛通過驗收的陸地交通地質災害防治技術國家工程實驗室的一個重要組成部分——地震災害防治技術研發平臺,裡邊有著國內試驗能力最強、世界第二的大型高性能地震模擬振動臺。這一試驗平臺的建成來之不易,人們不會忘記初創時期的艱難。
要建就建最高大上的試驗平臺
2008年5月12日,那是國人永遠銘記的日子,14時28分04秒,大地劇烈搖晃,天昏地暗,地陷山崩,房屋倒塌,交通阻斷,汶川大地震讓8萬餘位同胞永遠離開了這個世界。值此國人悲痛之際,西南交大人決定用自己的專業特長服務抗震救災,更通過基礎研究為四川及西南地區交通土建工程及城市建築的抗震需求提供全面技術保障。為此,在四川省支持下,抗震工程技術四川省重點實驗室於2008年6月6日在我校揭牌成立。其後,學校先後組建了建築、規劃、道路交通等五個災後重建支援專家團隊,依託抗震工程技術四川省重點實驗室,充分發揮學校土木工程、交通運輸工程、地質工程等學科優勢,為四川省災後重建提供科學理論和關鍵技術支撐。
但那時從平臺建設而言,實驗室,特別是土木工程學科的實驗室硬件建設仍是軟肋。2011年,轉機到來,學校開始了陸地交通地質災害防治技術國家工程實驗室(以下簡稱國工實)的申報工作。2012年9月4日,交大人欣喜地獲知,國工實獲得國家發改委批准立項建設。由我校聯合中鐵二院工程集團有限責任公司、中國科學院山地所、四川省交通運輸廳公路規劃勘察設計研究院與成都市新築路橋機械股份有限公司共同建設,包括三個研究平臺:山地災害防治技術研發平臺、風致災害防治技術研究平臺和地震災害防治技術研發平臺。國家發改委和交通運輸部均配套資金。這意味著,在資金支持下,地震災害防治技術基礎研究將在平臺硬件支撐下取得長足發展。
2013年,是國工實建設中關鍵的一年,主要的工作是圍繞建設好地震模擬綜合試驗系統開展的。那一年,土木工程學院組織團隊走訪了中南大學、昆明理工大學、東南大學和新西蘭地質與核研究所(GNS)、坎特伯雷大學、臺灣國家地震工程研究中心等地震相關單位和院校調研及技術交流。那一年,團隊成員確定下了振動臺和擬動力加載系統的技術參數,並完成了初步設計、招標等工作。成員們認為,要做就要做一流的,那就是
中國最大、最先進的雙臺陣地震模擬振動臺。進入到2014年,國工實的建設已初具規模,在犀浦校區新建的抗震試驗室主體框架已完工。
2015年,陸地交通地質災害防治技術國家工程實驗室技術委員會成立了。技術委員會有25名成員,主任由中國地震局工程力學研究所謝禮立院士擔任,包括王夢恕、周福霖、王景全、秦順全、鄭曉靜、龔曉南、杜彥良、崔鵬等院士在內的國內外專家擔任委員。其後成立的顧問委員會也是星光閃耀,主任由解放軍理工大學錢七虎院士擔任,成員包括鄭皆連、梁文灝、何華武等院士,以及鳳懋潤、沈大元、關寶樹、萬復光、強士中等校內外專家。他們都為國工實的建設提出了大量寶貴意見和建議。那一年,實驗室土建工程建設要基本完成。讓團隊成員們振奮不已的是,12月28日,國內檯面最大、負載能力最強的地震模擬振動臺主臺主要設備運抵抗震試驗中心。
直到2017年12月2日,經過了近兩年的設計施工安裝調試,8mx10m大型高性能地震模擬振動臺終於通過驗收。在20余天後,我校建設的首個國家工程實驗室——陸地交通地質災害防治技術國家工程實驗室通過驗收。這也使得國工實成為我校建成的第二個國家級平臺。
只有我最搖擺
抗震試驗中心到底建成了什麼樣子呢,國內試驗能力最強、世界第二的大型高性能地震模擬振動臺到底能怎樣的“搖擺”?
走進抗震試驗中心大門,視野一下變得很開闊,長112.5m、寬36m、淨高22m的試驗大廳顯得大氣十足。首先映入眼簾的,便是一個T字型的基坑。基坑的左邊便是地震模擬振動臺的主臺——8m x10m三向六自由度的地震模擬振動臺。作為目前國內試驗能力最強、世界第二的大型高性能地震模擬振動臺,它的負載能力為160噸,可以讓建築、橋樑、隧道、岩土等結構物在較大比例尺下,實現震害再現。利用振動臺可以人工模擬各種條件下地震發生的情況,模擬各種工程結構震害再現的破壞形態,驗證各種建(構)築物抗震性能。也就是說,無論上下左右前後、或輕或重的振動搖晃,這些結構物均能一一“體驗”。通過這樣的試驗,可以讓研究者提前預知地震會帶來什麼損害,瞭解這些結構物的抗震性能如何,並採取相應措施來整治,以及在實際的工程中予以應用,最終,在地震災害來臨時,能減少生命財產損失。據介紹,還正在修建的成蘭高鐵的橋墩剛剛在這個試驗檯上完成了抗震試驗,團隊成員正是模擬了汶川地震震源地映秀當時的地震烈度,驗證了橋墩設計的可靠性,並根據其破壞形態提出了改進的建議,讓橋樑設計更為安全、可靠、耐久而又經濟。
基坑的右邊也就是“T”字下邊的一豎,有32米長,目前還未安裝振動臺,據悉,該振動臺是3m×6m三向六自由度可移動式地震模擬振動臺,建成後將和現有主臺構成地震模擬振動臺臺陣,可以完成大跨度結構的多點激勵研究,如在主臺和小振動臺上分別放置橋墩,架設橋樑,在啟動信號輸入以後,兩個試驗檯將同時啟動且震動烈度、震動方式相同,從而驗證該結構物的抗震性能。同時,這個臺子也可以單獨用於各類工程結構、工業裝配的抗震性能試驗研究。據悉,這一振動臺即將開始安裝。
如果模擬8級地震的話,如何確保試驗大樓不會被震垮呢?團隊成員申玉生副教授介紹,試驗大樓在設計時就已經考慮到抗震減震的問題了。在振動臺模擬強震時,大樓可能會產生一點震動,但其安全性都沒有問題。比如,試驗大廳的T型坑道周圍都設有隔震溝,而試驗大樓採用的框架結構,從裡邊看大樓,梁和柱赫然在目,牆是沒有混凝土和磚塊填充的牆,而梁和柱都採用了加粗的鋼筋,也就是說,這幢試驗大樓的外立面實際上是類似捲簾門構造的不鏽鋼“牆”。這就使得在模擬強震時,沒有磚塊會被震落,確保了建築的可靠性。同時,試驗大樓在降噪方面,也進行了專門的設計。
國工實主任、土木工程學院院長蒲黔輝表示,在新的平臺上,我校抗震工程技術研究必將步上一個新的臺階,面向國民經濟建設一線,服務國家相關工程需求,創出交大人的新作為。
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