建起心中不倒的房屋
- 发布时间:2015-02-12 01:30:40 来源:科技日报 责任编辑:罗伯特
■行进中国·科技奖励篇
“这两个小球,你看看有什么区别?”
没有客套寒暄,没有套话开场,记者刚一落座,徐赵东就递上两个黑色的小球,乒乓大小,捏一捏,都挺有弹性。
“看不出有什么不同啊。”记者回应。
他笑而不语,手拿小球做起自由落体演示,只见一颗小球像乒乓球一样弹跳着,另一颗小球却快速地静止。
“奥妙就在于,这颗弹跳的小球是用普通橡胶材料制成,而另一颗小球是用高耗散粘弹性材料制成。这种材料能快速地衰减弹跳振动,将动能转化为内能。”看着我惊奇的表情,徐赵东从容地解释。
就在两个月前,徐赵东教授领衔完成的“高稳定高耗散减振材料制备关键技术与装置开发及工程应用”的创新技术研究,获得了2014年度国家技术发明奖二等奖。此时,他年仅39岁,是同类奖项中年龄最小的第一完成人。
而为了演示这个神奇的小球,徐赵东潜心研究了20年。小球究竟有什么奥秘,能让他沉醉其中?
“美国911被撞毁的世贸双子楼就用了一万多个这种高耗散粘弹性材料制成的阻尼器。”徐赵东接着补充说,“不过那是后来加装的,因为大楼建成后,高楼层的人无法忍受大楼晃动带来的位移和加速度。”
建筑界解决类似问题的传统方法通常是加固楼房梁柱断面,说白了就是“以硬制硬”,楼房造得越粗壮位移也就越小。这套方案测算下来需要2亿美元,而采用阻尼器耗散水平荷载引起的结构振动能量,相当于“以柔克刚”,仅用了700万美元就解决问题。
阻尼器的最大优势不在于节省了多少钱,而是跳出了传统建筑结构设计的固有思维。梁柱断面不可能做的太大,里面的钢筋也不能太多,太多钢筋会使建筑物发生脆性破坏,一旦遇到强震可能毫无征兆地就倒塌了。”徐赵东说到这里,记者终于明白了“耗能减震”的意思。
阻尼器的原理简单,但是耗散减振材料的研究却难住了大多数人,搞土木结构的不谙材料研发,熟悉材料的却又不懂减震。
“我只不过是画了一个完整的圆——从材料研发到阻尼器研制,再到减震结构,最后到工程应用”。谈起20年来研究历程,徐赵东很淡然。而为了画这个圆,徐赵东克服了重重困难:从土木建筑跨界进入材料领域,许多知识都得从头学起;为了得到高稳定高耗散减震材料,前后研制了180多种粘弹性减震材料以及开展了2万多种工况的减震器性能试验。
与别的厂家合作试验生产高耗散减振材料,在南京最偏远的乡镇花2000块租一间小房子做实验,借用妻子单位的场地设备做科研……可以说,徐赵东为了让研究继续下去想尽各种办法,目的只有一个——省钱!
在常人眼中,这无疑是一个艰难且痛苦的历程。然而,徐赵东却说:“因为兴趣,我对这些别人看来是繁重的工作和艰苦的历程却有一种享受。正如一句名言所说的那样:Do what you love。”
他告诉记者,阻尼器虽小,但作用巨大。我国是一个地震、台风灾难多发的国家,唐山、汶川等地震导致了大量的土木结构破坏。
“地震、风振等这些激励具有未知性、随机性、复杂性,复杂的激励作用于体形庞大的复杂土木结构必然是一个复杂的难题。我们所做的研究就是研究如何提高土木结构的抗灾变破坏能力,这与人民的生活紧密相连”。
从不被人理解,到逐渐应用,徐赵东的科研成果终于迎来了春花绽放的季节。2004年起,高稳定高耗散减振材料阻尼器陆续在西安石油宾馆、汉中西二环大桥、西安富锦佳苑小区、上海崇明长江大桥等土木结构上得到推广应用。
现在,他又研制出能“感知”、有“大脑”的新一代智能阻尼器。一边说着,徐赵东又热情地翻出两个相连的注射器。
“这个呢,是灌注了磁流变液的注射器,现在你从一端推进,是不是感觉能够推动活塞?那么我在两根注射器连接的地方放置一枚磁铁,再来感受一下,很难推动了是不是?”
他介绍说,这种减震器名为磁流变阻尼器,里面用到的智能控制器是采用基于神经网络预测模型的模糊控制算法,解决了智能控制中的时滞难题和电流瞬时确定难题。将这种可以调节阻尼力的减震器应用于土木工程中,可以实时根据外界激励的大小调节减震器的阻尼力,更好地减小结构的地震或风振反应。
“它可以探测外界振动环境的变化,精确控制调节阻尼力,所以不仅仅是在建筑领域,更广阔的应用是安装在军工设备、航空航天、残疾人假肢、仿生机器人,甚至月球的着陆器上。”对此,徐赵东很有自信。
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