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获奖项目名称
超大摆锤冲击试验整体装备研发及应用关键技术
主要完成单位
青岛理工大学、哈尔滨工业大学、中建八局第二建设有限公司、青岛市政空间开发集团有限责任公司、中国建筑上海设计研究院有限公司
主要完成人
张纪刚、陈文礼、刘菲菲、李翠翠、马哲昊、吴瑞雪、古驰、朱宝君、宋罕宇、闫清峰
海上风机、海洋平台等海洋工程在高纬度寒区海域有很大的发展潜力,但冬季往往面临大面积海冰作用的威胁。同时随着船舶吨位和航速不断增加,船舶碰撞已成为海上风机、海洋平台、桥梁等海洋建筑的主要威胁。我国目前常用的冲击试验机为落锤冲击试验系统、摆锤冲击试验系统、下滑式冲击试验系统、霍普金森压杆装置。但落锤试验机能量损耗较大,更适用于梁等水平构件加载,且吨位较小。滑式冲击试验系统存在防二次或者多次冲击效果不明显、试验装置占用空间大等不足。霍普金森压杆装置更侧重于材料层面,不能进行构件和结构的冲击试验。
因此,本项目聚焦海洋平台、海上风机、人防工程、核电工程等抗爆、抗冲击及防护技术研究,历时十余年产学研用,多单位协同攻关,研发了可以应用于复杂结构的超大摆锤冲击试验整体装备(专利号:ZL2021 1 0070203.8),该装备具有0-350吨冲击力可调节、冲击力与结构响应精准同步采集、可施加竖向力最大达300吨。该冲击装备主要由摆锤式冲击试验机、反力架、冲击测试装置、加速度传感器、高速摄像机(4000帧/s)、VIC-2D型数字图像算法系统等组成。针对海冰冲击、船舶撞击等问题,提出了适用于海上风机导管架的中空夹层钢管混凝土组合导管腿,开展了导管架海上风机基础抗冲击性能研究,填补了导管架海上风机基础抗冲击性能试验的空白,揭示了导管架基础的变形机理与破坏特征,最终提出了抗冲击设计方法。同时,利用该装备对人防工程、核电工程、桥梁工程等重要目标开展冲击试验响应研究,探明了结构在服役期间遭受车辆、船舶和爆炸等冲击荷载下的破坏机理,并基于破坏模式,提出了新型防护和减振方法。
该设备适用范围广,可适用于多种类型的构件、节点以及复杂的结构体系,运用于众多工程领域。可应用在海洋工程,例如海上风机、海洋平台、海上桥梁和海港码头等结构的船撞、浮冰和爆炸等冲击试验研究;可应用于人防工程、国防工程、民用建筑工程,例如人防墙、人防门和建筑物梁、板、柱等结构的车撞、落石、爆炸等冲击试验研究;可应用于隧道、桥梁工程等大型公共建筑,例如涵洞、桥墩和桥梁主体等结构的落石、汽车、脱轨列车、爆炸等冲击试验研究。已为国家和社会培养博士后、博士、硕士80余人,为企业培养技术人员累积百余人;服务北京工业大学、哈尔滨工业大学、东北电力大学等高校和中建八局第二建设有限公司、青建集团股份公司、青岛国工高新材料有限公司等大型公司。