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调谐质量减振技术助力港珠澳大桥抵御超强台风

鏃ユ湡;2019-06-14  鏉ユ簮锛毼粗  浣滆咃細admin

  昨天,举世瞩目的港珠澳大桥正式通车运营。作为当今世界里程最长、施工难度最大的跨海大桥,港珠澳大桥的建设创下多项世界之最。这个超级工程,“堪称世界桥梁建设史上的巅峰之作”,&ld

  昨天,举世瞩目的港珠澳大桥正式通车运营。作为当今世界里程最长、施工难度最大的跨海大桥,港珠澳大桥的建设创下多项世界之最。这个超级工程,“堪称世界桥梁建设史上的巅峰之作”,“是一次中国实力的集中展示”,“在它身上,凝结着数十年中国桥梁设计、施工、材料研发、工程装备等各项成果”,“数万名工程师与工人,将人类桥隧技术推向了新的高度”。这座长达55千米、连接香港珠海和澳门三个重要城市的全球最长跨海大桥,其中桥梁长约29.6公里。港珠澳大桥从2009年12月15日正式开工建设到正式开通,历时9年,凝聚了广大桥梁建设者的智慧和汗水。

  港珠澳大桥地处珠江口伶仃洋,台风频繁,对抗风减振系统提出了更严格要求。振动控制技术是保证桥梁结构百年无忧的关键技术之一,凭借着过硬的技术实力和巧妙的产品设计方案,2013年,隔而固(青岛)振动控制有限公司总经理尹学军博士带领他的创新团队在招标中胜出,正式开始了港珠澳大桥抗风振调谐质量减振系统(TMD)的研制工作。

  为了保证大跨度连续梁的港珠澳大桥120年的超长寿命和强台风下的结构安全,尹学军博士和他的团队自我加压,从严要求,克服重重困难,研制出一套多参数精确可调的悬挂式TMD系统。这种调谐质量阻尼器的工作原理,就是将多个数吨重的钢质量块通过弹簧悬吊在振幅最大位置即跨中位置的桥梁内部,并设有耗能的阻尼装置,通过精确调频、精确调阻尼技术,使TMD系统的固有频率与桥梁的风涡激共振频率同频。这样,当桥梁在风激励下发生共振时,质量块就会自动形成与桥梁振动方向相反的反相位振动,因此消耗风输入到桥梁中的有害振动能量,使桥梁的振动振幅大幅减小,提高桥梁的安全性和舒适性。最终现场实测数据表明,安装完调谐质量减振装置(TMD)后,桥梁阻尼比大大提高,完全满足设计要求,为桥梁设计寿命大于120年提供了有力保障。

  多参数可调的调谐质量减振装置(TMD)是尹学军在建筑振动领域的研究和创新,目前已在上海世博会文化中心、广州亚运会博物馆、浦东机场登机桥、杭州湾大桥观光塔、崇启长江大桥等重大工程中应用。

  对港珠澳大桥来说,这是一种灵敏度高、维护少、寿命长的好方案,但对研制方来说,却是一种非常复杂和难度最大的技术方案,一套TMD就有3500多个零件,92套TMD总共用了30多万个零部件。

  为了确保TMD抗风减振系统120年的超长寿命,检验产品耐久性能,2013年10月,评审专家建议做TMD整机抗疲劳试验,对尹学军来说,这一建议就是命令,必须想方设法去完成。但是,由于TMD产品体积大、工作行程长、激励功率大,当时国内找不到这么大的试验机。尹学军带领研发团队干脆自力更生研制了一台专用的试验机,并在2014年7月成功地完成了足尺整机300万次抗疲劳试验,确保产品如期通过了专家组的评审。将92套TMD生产完毕并安装到桥箱里面,任务只算完成了一半,真正的考验在于后面的精确调试阶段。为了实现港珠澳大桥近乎苛刻的减振目标,尹学军设计的每个TMD的频率和阻尼比都可以根据TMD放置处桥梁的实测固有频率在现场“私人订制”般逐个精确调整。调试团队在40多摄氏度又闷又热的桥箱里奋战了数月,挥洒了无数的汗水。如今,港珠澳大桥桥箱里92套单体重量最高达4.8吨的调谐质量减振器,如同打太极一般制衡着桥梁的振动,时刻呵护着这座举世瞩目的超级工程的安全运行。

  2017年,在建中的港珠澳大桥就遭遇了强台风天鸽的正面袭击;2018年9月,港珠澳大桥再度经历了超强台风山竹的考验作为2018年全球最强台风,台风山竹虽然在登陆菲律宾后强度大减,但受到台风影响的香港测到了16-17级的强风,狂风怒号,暴雨倾盆,惊涛骇浪,威武的港珠澳大桥在茫茫大海中岿然不动。在现场指挥抗台风的港珠澳大桥管理局朱局长说,大桥监控信息显示大桥安全、正常,监控数据显示桥上索力、位移、震动监测都在设计范围内。即便是在台风天鸽后遭遇台风山竹的又一次猛烈袭击,港珠澳大桥仍然巍然屹立,它成功的经受住了台风带来的风暴潮一次又一次的严峻考验。尹学军和他的隔而固团队都感到非常的欣慰和自豪。

  在振动和噪声领域疑难问题上,只要尹学军遇到了,首先想到的就是这个问题怎么解决,并且找不到解决方案绝不罢休。在他的影响下,团队成员都有刨根问底的钻研精神,在日复一日的创新过程中,整体的研发实力不断增强,研发周期越来越短,成果也越来越多。 其中隔而固的一项专利技术“钢弹簧浮置板”就被广泛应用在各城市地铁减振地段,是目前世界上最先进、效果最好的地铁减振技术。 他研发出的“宽频式钢轨阻尼减振装置”专利技术,性能指标全面超过了国内外同类产品,解决了困扰铁路行业100多年的钢轨波磨难题。目前,该技术作为国家“863”计划科技成果,已应用于重庆、北京、广州等地的地铁工程,运营反映良好,并且出口到德国和巴西等国家。这是我国轨道减振高技术产品首次出口发达国家,是我国自主创新的骄傲。

  作为企业的技术带头人,到目前为止,尹学军带领隔而固与科而泰两公司先后参与起草制定国家标准和行业标准7部,累计获得授权发明专利94项。因为在振动控制领域取得的突出科研成果,尹学军先后获得国家科技进步二等奖2项,省部级科学技术一等奖6项,日内瓦国际发明专利金奖。2013年起任中国侨联特聘专家,被评为山东省“十大杰出工程师”,2014年享受国务院政府特殊津贴,2015年入选“山东省泰山学者攀登计划”,荣获青岛市科学技术最高奖,被提名为中国工程院院士候选人,期间还多次获得国务院侨办和中国侨联的创新人才奖项。

  秉持着科技报国的初心,尹学军带领团队不断攻坚克难,敲开了一扇扇市场大门,他们开发的振动控制技术广泛应用于大型工业装备、电力、轨道交通、建筑桥梁等领域,服务了西电东送、奥运会、世博会、亚运会、G20峰会等相关的国家重大工程,使我国中高端振动控制技术及应用水平由弱到强,跻身世界领先地位。


 
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