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建起心中不倒的房屋

  • 發(fā)布時間: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,你看看有什么區(qū)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。

  “看不出有什么不同啊?!庇浾呋貞?/p>

  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。

  “奧妙就在于,這顆彈跳的小球是用普通橡膠材料制成,而另一顆小球是用高耗散粘彈性材料制成。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(wěn)定高耗散減振材料制備關鍵技術與裝置開發(fā)及工程應用”的創(chuàng)新技術研究,獲得了2014年度國家技術發(fā)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。小球究竟有什么奧秘,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制成的阻尼器?!毙熠w東接著補充說,“不過那是后來加裝的,因為大樓建成后,高樓層的人無法忍受大樓晃動帶來的位移和加速度?!?/p>

  建筑界解決類似問題的傳統(tǒng)方法通常是加固樓房梁柱斷面,說白了就是“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,而采用阻尼器耗散水平荷載引起的結構振動能量,相當于“以柔克剛”,僅用了700萬美元就解決問題。

  阻尼器的最大優(yōu)勢不在于節(jié)省了多少錢,而是跳出了傳統(tǒng)建筑結構設計的固有思維。梁柱斷面不可能做的太大,里面的鋼筋也不能太多,太多鋼筋會使建筑物發(fā)生脆性破壞,一旦遇到強震可能毫無征兆地就倒塌了。”徐趙東說到這里,記者終于明白了“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(shù)人,搞土木結構的不諳材料研發(fā),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(fā)到阻尼器研制,再到減震結構,最后到工程應用”。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:從土木建筑跨界進入材料領域,許多知識都得從頭學起;為了得到高穩(wěn)定高耗散減震材料,前后研制了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產(chǎn)高耗散減振材料,在南京最偏遠的鄉(xiāng)鎮(zhèn)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……可以說,徐趙東為了讓研究繼續(xù)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,徐趙東卻說:“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。正如一句名言所說的那樣:Do what you love?!?/p>

  他告訴記者,阻尼器雖小,但作用巨大。我國是一個地震、臺風災難多發(fā)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、復雜性,復雜的激勵作用于體形龐大的復雜土木結構必然是一個復雜的難題。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于迎來了春花綻放的季節(jié)。2004年起,高穩(wěn)定高耗散減振材料阻尼器陸續(xù)在西安石油賓館、漢中西二環(huán)大橋、西安富錦佳苑小區(qū)、上海崇明長江大橋等土木結構上得到推廣應用。

  現(xiàn)在,他又研制出能“感知”、有“大腦”的新一代智能阻尼器。一邊說著,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(xiàn)在你從一端推進,是不是感覺能夠推動活塞?那么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?”

  他介紹說,這種減震器名為磁流變阻尼器,里面用到的智能控制器是采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型的模糊控制算法,解決了智能控制中的時滯難題和電流瞬時確定難題。將這種可以調節(jié)阻尼力的減震器應用于土木工程中,可以實時根據(jù)外界激勵的大小調節(jié)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(huán)境的變化,精確控制調節(jié)阻尼力,所以不僅僅是在建筑領域,更廣闊的應用是安裝在軍工設備、航空航天、殘疾人假肢、仿生機器人,甚至月球的著陸器上?!睂Υ?,徐趙東很有自信。

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