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世界上最大的户外地震模拟器进行重大升级

导读 4 月中旬,世界上最大的户外地震模拟器的重大升级达到了一个里程碑,当时该设施的地板(全部 300,000 磅)都被放回原位。今年秋天完成后,

4 月中旬,世界上最大的户外地震模拟器的重大升级达到了一个里程碑,当时该设施的地板(全部 300,000 磅)都被放回原位。今年秋天完成后,模拟器将能够以前所未有的精度再现多维地震运动,使结构及其居民在强烈震动中更加安全。

模拟器或振动台将能够测试世界上最重和最高的结构,以衡量它们承受各种类型地震的能力。振动台将具备再现地面所有六种可能运动的能力,称为六自由度。升级后的第一项测试将是一座全尺寸的 10 层交叉层压木结构建筑。

振动台的首席研究员、加州大学圣地亚哥分校结构工程教授乔尔·康特 (Joel Conte) 说:“这个设施将在地震期间使我们生活和工作的地方更安全,从而挽救大量人的生命。” Conte 及其同事在 2021 年 1 月发表在建筑环境前沿的论文中阐述了升级的细节。

在论文中,研究人员还详细介绍了振动台自 2004 年开放以来对建筑和设计规范的影响。

在旧金山,大约有 6,000 座“软层”木结构建筑正在进行改造,以使其在强烈地震中更安全。2013 年,在加州大学圣地亚哥分校振动台上对这些软层木框架建筑的改造系统进行了全面测试。领导该项目的科罗拉多州立大学的约翰·范德林特教授在编写该项目的过程中发挥了关键作用。这些建筑物的改造指南。

2008 年,由亚利桑那大学的 Robert Fleischman 教授和加州大学圣地亚哥分校的 Jose Restrepo 教授领导的一项测试提出了关于如何将预制混凝土地板(称为隔板)建造到停车场结构中以改善其抗震性能的新建议。

2011 年和 2012 年,在一系列具有里程碑意义的测试中,一个团队在一座全尺寸的六层建筑内测试了电梯和楼梯。这些发现为这些组件与建筑物结构框架的连接方式提供了新的、更好的指导方针,这样它们就不会在地震中分离。

这个怎么运作

桌子背后的原理相对简单:各种结构建在设施的地板或平台的顶部,该平台连接到一系列水平和垂直致动器或活塞,它们来回移动,模拟地震运动。这些运动遵循研究人员从世界各地收集的精确地震记录。

该设施正在从一个自由度——向后和向前移动结构的能力——过渡到六个自由度,增加了上下、左右移动以及俯仰、滚动和偏航运动的能力。要理解这最后三个,想想一架飞行中的飞机:俯仰是飞机机头向上而机尾向下的时候;滚动是当一个机翼下垂而另一个机翼升起时;yaw 是飞机的整个身体从左向右滑动。

两个额外的水平执行器以新的配置添加到两个现有的执行器中,以便前后水平移动工作台;左到右; 并进行偏航运动。将工作台上下移动的六个现有执行器连接到一个新的、更强大的液压动力源。

为什么六个自由度很重要?

在六个自由度上再现地震运动是关键,因为在地震期间,地面可能会向多个方向移动。例如,在 1994 年洛杉矶地区北岭地震期间,桥柱穿过桥面,暗示着强烈的垂直地面运动分量。同样,在 1971 年圣费尔南多地震期间,建筑物扭曲和摇晃,暗示地面可能在旋转。

首席研究员 Conte 说,他相信之前的测试结果会揭示出更多的方法来使建筑物更安全,如果它们是在六个自由度而不是一个自由度上进行的。

更大的功率,更好的传感器

此次升级还将增加一个新的、最先进的传感和数据收集系统,共有 768 个通道,可传输来自各种传感器的信息,包括高清摄像头、应变仪、加速度计等。控制振动台的软件也将升级。

此外,为振动台提供动力的机构也进行了扩展,并连接到容量增加了四倍的液压动力系统。

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