港珠澳大橋數個抗震試驗都在這個實驗室完成

4月26日，橋梁工程結構動力學國家重點實驗室內，技術人員正在大型地震模擬試驗台上調試實驗設備。

4月26日，橋梁工程結構動力學國家重點實驗室內，技術人員正在准備為橋梁工程索纜做拉彎疲勞試驗。

橋梁工程結構動力學國家重點實驗室實驗場全景。

4月26日，橋梁工程結構動力學國家重點實驗室內，技術人員在明珠灣大橋模型上安裝實驗監測設備。本版圖片由記者 崔力 攝/視覺重慶

　　當地震來臨，橋梁能否“扛”得住？可以先在橋梁工程結構動力學國家重點實驗室做個試驗。

　　4月26日，在位於南岸區五公裡的橋梁工程結構動力學國家重點實驗室裡，該實驗室主任唐光武指著其貌不揚的“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台試驗、非通航孔支座性能抗震模擬試驗、大型高阻尼隔震支座試驗、大型鉛芯隔震支座試驗，中國建橋史上工程規模最大、綜合建設條件最復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……都出自這個實驗室。

　　重慶朝天門長江大橋模型試驗、石板坡長江大橋鋼混接頭疲勞試驗等，也在這裡完成。

　　這個實驗室裡，到底藏著哪些“寶貝”？跟隨重慶日報記者一探虛實吧。

　　大型地震模擬試驗台陣系統世界首創

　　可模擬3軸向6個自由度的地震波

　　這個實驗室“藏”在招商局重慶交通科研設計院有限公司一棟不起眼的樓裡。穿過一條不算寬敞的過道后，前方豁然開朗，約五層樓高的結構實驗大廳就這麼展現在記者面前。

　　往地上一看，竟有一個長約36米的長方形“巨坑”：坑裡有2個同樣是長方形的台面，台面四周有空隙，隱藏著4根藍色的杠杆，杠杆上的“螺絲”足有手掌大。

　　唐光武透露，這是世界上首個擁有兩個台陣的大型地震模擬試驗台陣系統，建成於2002年。對土木工程來說，抗震非常關鍵，特別是大型橋梁，使用年限基本上是按照百年設計的，首先就得過抗震試驗這一關。“該台陣系統的作用正是模擬地震波，通過模擬地震來臨時的真實情景，找出在結構設計上的薄弱點。”

　　“台陣工作模式及軌道移動方式均屬世界首創。”唐光武指著長方形台面說，台陣每台自重20噸，可承載最重達70噸的橋梁模型，台陣周圍的杠杆叫作動器，就像手臂一般懷抱著台陣，其下面是液壓油系統，系統啟動后，能模擬地震帶來的巨大威力。大跨度結構的橋梁模型會被放置在兩個台陣上，台陣間連有軌道，能實現3軸向6個自由度的震動，“通俗來說，它可以平動、轉動，也可以像蹺蹺板翹起一方來。”

　　那它可以模擬多大強度的地震呢？唐光武說，汶川地震峰值的加速度約為1g，而台面最大加速度可以達到3g。

　　“這就為大跨度結構的抗震試驗研究提供了必要的條件，從而使大跨度結構抗震動力學的一些基本問題的試驗研究成為可能。”唐光武說。

　　在台陣系統一側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、橋墩等一應俱全，甚至連拉索也進行了還原。

　　“試驗模型是採用數控加工制作的，材料是有機玻璃。”該實驗室工作人員劉海明介紹，2016年做抗震試驗時，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數據。試驗后期，研究人員還進行了大量的數據分析，指導工程建設，為工程的安全保駕護航。

　　“港珠澳大橋的隔震橋梁振動台試驗也是在這裡完成的。”唐光武說，港珠澳大橋全長55公裡，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。2012年4月，港珠澳大橋單墩擬靜力試驗、單墩減隔震與抗震性能對比的全橋振動台模型試驗、多跨模型減隔震與抗震性能雙聯振動台一致激勵和非一致激勵試驗先后在實驗室進行，試驗結果很成功。

　　3000噸工程索纜拉彎疲勞試驗系統

　　1秒最高拉伸索纜5次

　　在結構實驗大廳的另一側，兩個橘色的“門”字型鋼架引起了記者的注意，鋼架下方是試驗床，試驗床又分為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系統，通俗來說，就是看橋梁索纜結不結實。”唐光武說，該系統也很有來頭，是為世界跨徑最大斜拉橋蘇通大橋量身定做的。

　　當時，蘇通大橋建設時，大橋建設指揮部找到實驗室，希望能夠完成大橋索纜靜載與拉彎耦合疲勞試驗，這也是國家科技支撐計劃項目之一。

　　蘇通大橋索纜靜載試驗要求加載能力達到2000多噸，疲勞試驗加載能力也要達到1000多噸，而實驗室現有條件遠遠不能滿足試驗要求。怎麼辦？

　　唐光武帶領團隊反復做設計、論証、試驗，創造性提出了雙向雙束、動靜載分離的索纜拉彎耦合試驗系統設計方案，使靜載試驗加載能力達到3000噸。

　　“以前做纜索疲勞試驗節奏約為10秒一次，一般要做200萬次，需要半年以上。”唐光武說，經過改良后，新系統能1秒做5次，而且可以雙索同時進行，不到一個月就能做完兩根索的疲勞試驗。

　　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的能力。目前，實驗室已為蘇通大橋、武漢天興洲大橋等近50座特大橋提供技術服務，還為981海洋鑽井平台錨鏈系統提供了試驗服務。

　　隨著橋梁寬度的增加和公軌兩用橋梁的逐漸興起，對超大規模索纜的需求也越來越大，實驗室在3000噸工程索纜拉彎疲勞試驗系統的基礎上又研發了6000噸索纜試驗系統。

　　該系統就在3000噸試驗系統旁邊，外形與3000噸系統差不多，但體積更大，試驗床長度達16米，重量達到324噸，是3000噸系統的2倍。

　　“我們對動橫梁的受力方式和構造進行了創新設計，使動橫梁受力更明確﹔針對超大噸位索纜自重較大的特點改進了錨固區構造，提高了安裝效率。”唐光武說，目前該系統的加載能力和試驗效率在國際上處於領先地位。

　　多通道結構試驗系統

　　反力牆每個孔可提供100噸反力

　　這個實驗室還能做什麼？

　　唐光武將我們帶到了結構實驗大廳的后側，這裡有約三層樓高（11米高）的一面牆，牆上排列著若干個小孔，地上也同樣如此，在距離牆面不遠的地方搭建著鋼架和作動器。

　　“這其實是多通道結構試驗系統的配套設施。”唐光武解釋說，這面牆叫反力牆，地板則是反力地板，在反力牆和反力地板上可以安裝試件或作動器，可以給予橋梁結構或構件巨大作用力，進行靜、動載試驗研究、疲勞試驗研究、擬動力抗震試驗研究、延性抗震試驗研究及環境模擬試驗研究等。

　　反力牆由高強應力筋、混凝土澆成，而牆上的每一個孔，可以提供100噸的反力，一般四個孔為一組，即400噸的力。

　　“石板坡長江大橋復線橋就是在這做的鋼混接頭靜載和疲勞試驗。”唐光武說，石板坡長江大橋復線橋與舊橋相距僅25米，但並列的橋墩將在航道上形成“巷道效應”，不能滿足通航要求。如何保持同樣橋型又滿足通航？隻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，就得減輕結構的自重，經多方研討后決定在330米跨的中部108米採用鋼箱梁取代混凝土梁，那鋼混接頭牢固與否就成為關鍵。

　　“當時，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，看這個結構會不會出現靜載或疲勞破壞。”唐光武說，通過試驗，完善了橋梁設計，后來該結構也運用在了復線橋上。

　　事實上，除了石板坡長江大橋復線橋，菜園壩大橋、小欖水道特大橋也都通過了多通道結構試驗系統檢驗。

　　實驗大廳裡還有一個大家伙，那就是大型支座試驗系統，遠遠看去，由於鋼架上部有凸出來的三角形結構和兩個圓點，讓它看上去像一隻貓頭鷹，其腹部是黃色的作動器，中間留了一小溜空隙，試驗時，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、大型鉛芯隔震支座試驗也是在這裡完成，其高阻尼隔震支座有1.5×1.5米這麼粗，需要兩個人合抱才行。”唐光武說。

　　本報記者 李珩