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建起心中不倒的房屋

  • 發佈時間:2015-02-12 01:30:40  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  ■行進中國·科技獎勵篇

  “這兩個小球,你看看有什麼區別?”

  沒有客套寒暄,沒有套話開場,記者剛一落座,徐趙東就遞上兩個黑色的小球,乒乓大小,捏一捏,都挺有彈性。

  “看不出有什麼不同啊。”記者回應。

  他笑而不語,手拿小球做起自由落體演示,只見一顆小球像乒乓球一樣彈跳著,另一顆小球卻快速地靜止。

  “奧妙就在於,這顆彈跳的小球是用普通橡膠材料製成,而另一顆小球是用高耗散粘彈性材料製成。這種材料能快速地衰減彈跳振動,將動能轉化為內能。”看著我驚奇的表情,徐趙東從容地解釋。

  就在兩個月前,徐趙東教授領銜完成的“高穩定高耗散減振材料製備關鍵技術與裝置開發及工程應用”的創新技術研究,獲得了2014年度國家技術發明獎二等獎。此時,他年僅39歲,是同類獎項中年齡最小的第一完成人。

  而為了演示這個神奇的小球,徐趙東潛心研究了20年。小球究竟有什麼奧秘,能讓他沉醉其中?

  “美國911被撞毀的世貿雙子樓就用了一萬多個這種高耗散粘彈性材料製成的阻尼器。”徐趙東接著補充説,“不過那是後來加裝的,因為大樓建成後,高樓層的人無法忍受大樓晃動帶來的位移和加速度。”

  建築界解決類似問題的傳統方法通常是加固樓房樑柱斷面,説白了就是“以硬制硬”,樓房造得越粗壯位移也就越小。這套方案測算下來需要2億美元,而採用阻尼器耗散水準荷載引起的結構振動能量,相當於“以柔克剛”,僅用了700萬美元就解決問題。

  阻尼器的最大優勢不在於節省了多少錢,而是跳出了傳統建築結構設計的固有思維。梁柱斷面不可能做的太大,裏面的鋼筋也不能太多,太多鋼筋會使建築物發生脆性破壞,一旦遇到強震可能毫無徵兆地就倒塌了。”徐趙東説到這裡,記者終於明白了“耗能減震”的意思。

  阻尼器的原理簡單,但是耗散減振材料的研究卻難住了大多數人,搞土木結構的不諳材料研發,熟悉材料的卻又不懂減震。

  “我只不過是畫了一個完整的圓——從材料研發到阻尼器研製,再到減震結構,最後到工程應用”。談起20年來研究歷程,徐趙東很淡然。而為了畫這個圓,徐趙東克服了重重困難:從土木建築跨界進入材料領域,許多知識都得從頭學起;為了得到高穩定高耗散減震材料,前後研製了180多種粘彈性減震材料以及開展了2萬多種工況的減震器性能試驗。

  與別的廠家合作試驗生産高耗散減振材料,在南京最偏遠的鄉鎮花2000塊租一間小房子做實驗,借用妻子單位的場地設備做科研……可以説,徐趙東為了讓研究繼續下去想盡各種辦法,目的只有一個——省錢!

  在常人眼中,這無疑是一個艱難且痛苦的歷程。然而,徐趙東卻説:“因為興趣,我對這些別人看來是繁重的工作和艱苦的歷程卻有一種享受。正如一句名言所説的那樣:Do what you love。”

  他告訴記者,阻尼器雖小,但作用巨大。我國是一個地震、颱風災難多發的國家,唐山、汶川等地震導致了大量的土木結構破壞。

  “地震、風振等這些激勵具有未知性、隨機性、複雜性,複雜的激勵作用於體形龐大的複雜土木結構必然是一個複雜的難題。我們所做的研究就是研究如何提高土木結構的抗災變破壞能力,這與人民的生活緊密相連”。

  從不被人理解,到逐漸應用,徐趙東的科研成果終於迎來了春花綻放的季節。2004年起,高穩定高耗散減振材料阻尼器陸續在西安石油賓館、漢中西二環大橋、西安富錦佳苑小區、上海崇明長江大橋等土木結構上得到推廣應用。

  現在,他又研製出能“感知”、有“大腦”的新一代智慧阻尼器。一邊説著,徐趙東又熱情地翻出兩個相連的注射器。

  “這個呢,是灌注了磁流變液的注射器,現在你從一端推進,是不是感覺能夠推動活塞?那麼我在兩根注射器連接的地方放置一枚磁鐵,再來感受一下,很難推動了是不是?”

  他介紹説,這種減震器名為磁流變阻尼器,裏面用到的智慧控制器是採用基於神經網路預測模型的模糊控制演算法,解決了智慧控制中的時滯難題和電流暫態確定難題。將這種可以調節阻尼力的減震器應用於土木工程中,可以實時根據外界激勵的大小調節減震器的阻尼力,更好地減小結構的地震或風振反應。

  “它可以探測外界振動環境的變化,精確控制調節阻尼力,所以不僅僅是在建築領域,更廣闊的應用是安裝在軍工設備、航空航太、殘疾人假肢、倣生機器人,甚至月球的著陸器上。”對此,徐趙東很有自信。

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