科学：历时10年！我国建成世界唯一万吨级多功能实验系统

◎科技日报记者 矫阳

历经10年攻关，中国建筑技术中心于近日建成“中建万吨级多功能实验系统”，设备总重量约6900吨，垂向加载能力高达10800吨，超越当前国内4000吨、国外6000吨的同类实验设备，并可实现六自由度加载，是当前世界唯一。

中建技术中心工程结构实验室全景

“随着建筑技术的发展，超高层建筑单个结构构件承重高达数万吨，受实验设备制约，结构设计人员一般通过有限元分析，加上小比例尺试验作为设计依据，无法真实反映实际构件的力学性能。”7月29日，在接受科技日报记者采访时，中建工程产业技术研究院有限公司首席专家、万吨级多功能实验系统研发负责人孙建运说。

单个结构承万吨的构件，如果用4000吨设备进行受力试验，存在哪些缺陷？

“如果实际构件承受1万吨的力，其截面尺寸是1平方米。当只有加载能力为4000吨的试验设备时，进行实验的试验模型就只能做到0.4平方米。”孙建运说，这样试验模型与实际构件就存在差别，做出的试验结果只能反映0.4平方米构件的性能。

土木工程界都知道日本用小尺寸反推试验出错的实例。日本隔减震技术和隔减震水平非常高，由于没有大的隔振支座试验测试设备，只能先进行小尺寸隔振支座试验测试，再把测试结果反推到大尺寸。2018年偶然发现这种计算方法是错的，给当时日本土木工程界带来很大冲击。

“假若采用大尺寸隔振支座测试（或原尺寸测试），就不会存在这样的问题。”孙建运说。

近20年来，我国建设规模不断扩大，以高、大、特、新为特征的复杂土木工程越来越多。同时，我国又是多地震国家，土木工程领域的抗震减灾任务非常严峻。

如何科学合理地对重大工程关键技术进行试验验证，提升整个建筑的安全水平，尤其是隔减震技术与隔减震产品的整体水平？

2009年，中国建筑股份有限公司申请相关国家课题，规划建设大型工程结构试验室。

试验室建筑面积4680平方米，长130m，宽36m，高35m。由全球规模最大的反力墙与反力地板试验系统，及全球加载能力最强的万吨级多功能试验系统组成，可满足超高层、大跨度等复杂建筑足尺试验研究需求。

“系统集静力和动力实验功能于一体，控制技术复杂，设计建造难度巨大，特别是加载框架生产加工与安装技术、加载框架移动横梁自动升降与锁紧技术、大吨位垂向滑动微摩擦静压支承技术、六自由度控制技术等，这些都给自主研发工作带来了严峻的技术挑战，是全球研制难度最高的土木工程试验设备。”孙建业说。

中国建筑技术中心组建了由6位中国工程院院士、30多位企业、高校专家教授组成的顾问团队，联合哈尔滨工业大学、中建科工，以“科研机构+高校+企业”融合创新机制，攻克了该系统在技术参数、试验功能、设备制造等方面的重重困难，形成多项关键技术成果，解决了我国工程结构科学实验手段与实际需求严重脱节的现状，实现了中国建筑在行业关键技术研发方面的重大突破。

“这是集机、电、液于一体的复杂的土木工程实验设备，是实验设备领域的大科学攻关项目。”哈尔滨工业大学教授、宇航空间机构及控制技术国防重点学科实验室主任、中国工程院院士邓宗全如此评价。

据介绍，“中建万吨级多功能实验系统”目前已陆续承接同济大学、中国建筑科学研究院等许多实验任务。