奥运场馆模拟地震测试“筋骨”

    工程结构试验通过震点变化仿真不同强度地震；压力试验精测钢梁变形     秘密档案：     奥运场馆巨大的屋顶能否经受大风雪的冲击和重压？场馆的抗震性能如何？除了在施工前进行精细的计算，科技工作者还要对其做大量的模拟试验来试试奥运场馆的“筋骨”。     部分奥运场馆的建筑安全性检测，是在北工大工程结构实验中心进行的。日前记者来到这里，亲眼目睹了奥运场馆的高难度的“体检”。 精测钢梁防大雪重压     在检测现场，记者看到三层楼高的巨大实验场上，放着各式各样的钢梁设备，贴墙“挂”着的十分之一仿真国家体育馆屋顶模型（14.4m×11.4m），北工大工程结构实验中心研究员、奥运场馆“屋顶检测”实验负责人李振宝介绍，经过两三个月的试验，已经基本测试完每根钢梁的受力情况、钢结构整体受力情况，不久将把数据反馈到施工方。     羽毛球馆屋顶模型正在被研究者和工人们“武装”，工人们均匀地将一袋袋沙土施加在屋顶结构上，测试其各部分受力的极限值及变化。    “奥运场馆的屋顶或者为鸟巢状、或者为方形盖子、圆弧形，不管哪种形状，从规模和构造上来说，都是我们之前没有真正尝试过的，正式建成前的实验显得尤为重要。”     李振宝介绍。奥运场馆除保证奥运比赛期间的正常使用外，还要保证今后的使用。     由于奥运场馆墙壁和柱体与普通建筑区别不大，技术也比较成熟，还有国家的相关建筑标准，因此检测难度不高，甚至不需检测，{TodayHot}但是大型场馆有特殊的赛事需要，必须保证屋顶凌空，中间一般没有密集柱子支撑，因此对其材质、受力变形后的检测就显得相当重要。而且，奥运场馆的屋顶一般面积都很大，遇上大风雪，雪积累多了也考验屋顶的承载能力。所以，技术人员的试验主要就是通过上压下拉，来检测横跨屋顶以及支撑屋顶的钢梁的抗压、变形能力。 千斤顶上设“地震带”     除了钢梁抗压试验，奥运场馆还要做结构抗震试验。工作人员在千斤顶上放置一块十几平方米的铁板，再在铁板上放置多个震动点，这些震动点可以模拟不同强度、不同角度的地震，在铁板上的连线负责把模型的震动和变形数据记载下来。测量出来的数据如果是在合理的范围内，奥运场馆就通过了体检，如果超过了合理的范围，设计人员在场馆正式开工前，就要根据科技工作者的建议对施工方案进行微调。而那些模型，据李振宝介绍，它们在结束使命后，有可能集中展览。 对话 “国家体育馆”扛住80吨力     奥运场馆“屋顶检测”实验负责人称根据模型实验，奥运场馆施工时都曾有微调     给奥运场馆“体检”可是件细致活儿，负责“体检”的“医生”李振宝告诉记者：基本上所有的场馆，经过体检都要进行微调。 新京报：你们主要承担了哪些场馆屋顶的实验？ 李振宝（以下简称“李”）：国家体育馆、羽毛球馆等是与奥运相关的，一般的实验包括常州体育馆等地方场馆。 新京报：实验都结束了吗？ 李：国家体育馆的刚刚完成，羽毛球馆正在进行当中。 新京报：能简单介绍一下国家体育馆屋顶的“体检”吗？ 李：第一步是对每根钢索施加拉力，使它产生与外部压力反向的变形，在具体实验时我们拉伸钢索，每次拉伸前，钢索要分横纵编号，{HotTag}因为每根钢索需要的张力不一样的。     之后我们就模拟体育馆屋顶的实际受力状态。用“水泥袋”等重物布满整个屋顶模型，也就是全加载试验。实验时，工人们往1吨小车中装满水泥袋，再通过遥控起重机吊放到屋顶，逐渐加重。加载的重量是分层次逐渐加重，每加一定荷载后要稳定10-15分钟后再开始读数，这样可以使模型的不同部分产生相应变形。 我们还有1/2跨度及1/4的加载的试验。 新京报：国家体育馆模型施加了多大的力？ 李：总体说大约施加80吨的外力，模拟不超过4厘米以下的变形情况，实际当中就大约是0.4米，在此限度内是可以接受的，若超过这个尺度就不利于整个建筑的稳定。 新京报：一般来说，实验结束，怎样的结构才是合格？ 李：简单来说，根据实验调整相关建筑数据，要使钢梁的受力不超过预应力（预先施加的拉力）。 新京报：结果怎样？ 李：（笑），基本上每个屋顶在正式建成前都会有微调，因为超高层或屋顶巨大的建筑，设计时凭空想不出如何设计才能达到受力最均匀，如何安排建材才能确保雨雪来临时，建筑能巍然不动，这就需要模型实验的帮助。 实验揭秘 9震动台模仿不同强度地震     研究者们发明出专门的震动台装置施加动力，模拟地震或其他剧烈震动情况，对场馆带来的可能影响。     在现场记者看到，偌大的千斤顶上放置了专门的震动台（一块大十几平方米的铁板），当机器驱动千斤顶运动，震动台将上下或左右做运动，为放置其上的屋顶或其他模型装置营造“地震”环境，看看抗震的反应如何。    “铁板”上还放置着9个1立方米的小“铁箱”（震动台），这些小震动台可以模仿出不同角度的地震。测试者将欲测试的屋顶模型放上去后，开启机器，大震动台就带动9个小震动台，从不同角度震动，使“屋顶”从不同角度受力，屋顶在猛烈的震动中能否经受考验，就一一检验出来了。 上拉下压测“骨骼”     李振宝说，钢材压力实验可分为两方面的内容。一个是钢索预应力实验，简单来说，就是检验每根钢材在压力下延展变形是否在合理范围内。     技术人员通过千斤顶等工具，提前给钢梁施加“拉力”，使钢梁往上变形；再施加整体的外力，使其往下变形，“上下的力要大致能抵消，这样可以保证正式建成后，屋顶每一部分即使受到外力，也能‘合理变形’，保证整体的稳定”。此外，实验中各个钢梁添加的顺序，拉伸多少也很有讲究，“不是随随便便组装就成了一个屋顶，”李振宝说，增一分减一分都会影响测量的结果。 土办法测“骨架” 等各个钢管、钢索合理组合后，还要测整体的受力变形情况，怎么测呢？     技术人员采用的是“土办法”。实验中，技术人员先测出一场雨或雪，大致能在屋顶积留多少，能带来多大的压力。然后再往屋顶上均匀地添加等重的水泥沙袋，并及时记录钢梁承受力变化数据，看其是否能经受重压，能经受多大程度重压？     水泥袋也不能随便摆放的，还要讲究位置，或铺满整个屋顶，或只铺满1/2的区域，或3/4，或屋顶的正中部（挂灯等位置），每一个屋顶可能受压的状态，都要考虑到。     综合上面两项数据，屋顶钢梁的变形程度就有了结论，可以给施工者提出改进意见了。

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