张建民教授课题组:让结构与土体的接触面不再
来源:税制改革网 发表于2019-07-23 16:04:04 编辑:褚时健
摘要: 清华土水学院张建民教授等完结的 大型结构与土体触摸面力学实验体系研制及运用 项目获2019年度国家技能创造奖一等奖 让结构与土体的触摸面不再奥秘

 

张建民教授课题组:让结构与土体的接触面不再奥秘

 

张建民教授课题组:让结构与土体的接触面不再奥秘

 

张建民教授课题组:让结构与土体的接触面不再奥秘

清华土水学院张建民教授等完结的 大型结构与土体触摸面力学实验体系研制及运用 项目获2019年度国家技能创造奖一等奖

让结构与土体的触摸面不再奥秘

●记者 程 曦 王冰冰 实习记者 宋 爽

项目名称

大型结构与土体触摸面力学实验体系研制及运用

项目成员

 

张建民 张嘎 胡拂晓 侯文峻 冯大阔 张雷

 

项目介绍

结构与土体触摸面是各类工程结构规划中的要害根底性难题和安全操控的薄弱环节。该项目研制了大中小型成套触摸面力学实验设备、精细测验技能、数值模仿技能和实验效果数据库等四方面的体系效果,提出了由整机真三维触摸面加载技能、高精度触摸面法向操控技能、触摸面位移变形精细量测技能、柔性触摸面及多功能测验技能和系列化触摸面数值模仿技能等五项技能创造,已运用到高坝、修建、港航、高铁、地铁、海优势电等国内外大型工程及5部规划规范修订,为触摸面力学行为的测评供给了根底性技能渠道,使触摸面力学行为的测评完结了从以往的半经历到科学、合理和精细化技能水平的跨过。

图为水利系张建民教授等完结项目中,触摸面力学测验技能与典型效果。

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图为大型三维触摸面实验机。

? ? 穿过清华大学水利系泥沙实验室的门廊,便步入了一片堆叠着款式、原料、色彩各具特征石块的园林。园中或卧或立的逾百块巨石叙述着地质前史的变迁和演进 这儿被称为 地质之角 ,也是对学生进行地质专业教育的特征园地,里边的石块是近10年间逐个从祖国大江南北搜索转移过来的。

在 地质之角 西北侧的一处俭朴的作业室里,咱们见到了这片 石林 的首要筹建者张建民教授。 地质之角 的建造仅仅他的 副业 ,但是正如多年如一日一块一块为这儿 添砖加瓦 的进程,张建民和他的团队花费了十多年时刻,从设备研制的根底作业做起,在各种结构与土体触摸面的实验设备、测验技能、根底理论和工程运用诸方面完结了系列立异,并由此获得2019年度国家技能创造奖一等奖。

 

从工程实践中萌发的研讨方针

? 不管在城市仍是村庄,不管你走进地铁、走上堤堰仍是大桥,简直一切的修建结构都会涉及到土体与结构的 触摸面 问题。各类结构资料与其周围土体变形才能的显着差异,会导致结构与土体在其触摸面处发作应力会集乃至非接连剪切大变形,所以结构与土体触摸面成为操控结构体系安全最要害的部位之一。假如不能清楚了解触摸面的特性规则,会直接影响到结构运用的安全性和结构规划的合理性。惋惜的是,因为触摸面问题处于结构力学与土力学的接壤地带,多年来国内外鲜有人对这个问题进行深化研讨,尚缺少对各种触摸面力学规则的体系认知和理论描绘,并且已有的测验设备往往小而简略,无法为工程实践供给科学的测验和点评手法。

上世纪90年代,张建民从日本东京工业大学修建系获得博士学位,进入日本最大的土木修建集团公司之一 清水建造株式会社的技能研讨所担任研讨工程师,他的首要作业使命便是为处理公司规划部分遇到的各种工程问题供给技能支撑。在此进程中他逐步意识到,触摸面力学问题是各种结构特别是大型结构的变形操控、安全点评和优化规划中亟需处理的根底性科学难题和技能应战。

张建民在国内学习时首要的研讨方向是岩土工程,而在东京工业大学则倾向于结构工程的研讨,这种复合型常识体系为他日后的研讨打下了杰出根底。在日本作业5年后,张建民回到清华水利系任教,开端了对结构与土体触摸面力学问题持续十多年的探求。

历经十余载的探求之路

? 要找到躲藏的科学规则,需从研制精细有用的测验设备开端。十多年前,张建民和他的团队开端着手进行触摸面力学问题研讨时,国内外还没有一台大型触摸面实验设备。在张建民的指导下,博士生张嘎承当起研制大型二维触摸面实验设备的使命。刚开端时,师生俩每隔几天就要评论一次,对手里仅有的一张概念图纸进行重复修正、琢磨。当概念图根本完善,需求找机械厂进行机械规划加工时,找的几个厂家都觉得技能难、危险大而不肯承当。曲折一个多月,他们才总算找到了一个厂家,进入设备制作的轨迹。之后,他们又展开了设备的液压体系和操控电路研制等作业。能够说,这台大型二维触摸面设备是师生俩一点一点 攒 起来的,尽管进程很艰苦,但正因为他们主导并参加了设备的每个细节,因而能够结合触摸面研讨的特征,以较小的本钱研制成功一台有特征的实验设备。

获奖团队的 6位成员中 5位都曾是清华水利系本科毕业的直博生,十多年间他们一棒接一棒地接力长距离跑,从原始设备的改造,再到二维的,最后到三维的,从单调加载到杂乱循环加载,从细粒土到粗粒土、从钢材结构面到混凝土和岩石结构面,从硬性触摸面到柔性触摸面,从小变形到大变形,不断完善设备的更新晋级和完结不同系列的实验效果。他们创造研制的这套以大型为主、大中小型配套的高精度触摸面静动力学实验设备,填补了国内外在大型触摸面实验技能范畴的空白。世界土力学及岩土工程学会前主席平托教授点评说,他们 成功地完结了一个有原创性的各种结构与土体触摸面力学性态测验技能渠道。

在研制设备的根底上,他们初次准确测定了触摸面内土颗粒平移与滚动及触摸面特征厚度,并通过很多实验,再现了地震等实践加载运转条件下不同土体资料与结构触摸面的力学行为。正是通过很多的实验堆集和深化探求,他们提醒了结构与土体触摸面的物态演化律、强度律、剪切律、剪胀律和紧缩律等五项根本的本构规则。为什么会存在这样的规则?张建民和团队持续投入到解说物理机制和建构数学模型的作业中,构筑了触摸面本构建模的理论结构和三维弹塑性本构模型以及可满意不同精度要求的系列本构形式,并在此根底上创造了系列化的触摸面数值模仿技能。

以很多实验数据和数学模型为根据,张建民和他的团队明晰阐明晰土性、结构面板和加载方法等三类十多种首要因素对结构与土体触摸面静动力学特性影响的根本规则和物理机制,建立了具有实用价值的触摸面力学实验数据库。各种土与结构触摸面的力学特性总算不再奥秘,有了知道、掌握和点评其改变规则的有用东西和手法。

 

服务于各种工程结构规划证明

? 大型结构与土体触摸面力学测验体系研制及运用 项目经专家判定整体到达世界领先水平,针对触摸面宣布的论文总数和引证次数在国内外占显着优势,得到广泛引证和高度点评。项目还直接推行运用到公伯峡和马来西亚巴贡等地的高坝、地铁、修建、桥基、港航、海优势电等国内外大型工程结构规划证明中,其中巴贡水电站是我国在海外已承建的最大装机容量的水电站。它还支撑了五部规划规范规范的修订,为各种结构与土体一起作业体系的研讨和规划供给了根底性测评技能渠道,使触摸面力学行为的测验和点评完结了从以往的半经历到科学化、合理化、精细化水平的跨过,前进了结构体系静动力规划和变形操控水平,获得了显着的社会和经济效益。

作为一个运用实例,在黄河上游两座高面板堆石坝的揉捏式边墙技能的证明和优化进程中,张建民团队的研讨效果发挥了重要作用。揉捏式边墙技能有助于前进面板堆石坝的施工进度和施工质量,但也使得大坝的结构更为杂乱,产生了边墙与面板、边墙与垫层料等触摸面。张建民团队选用项目研制的测验技能针对这些触摸面进行了体系的实验,在此根底上提出了有用的揉捏式边墙等效数值模型及算法。一方面,较好地处理了百米量级的堆石坝体和数十厘米量级的揉捏式边墙引起的不同标准数值模仿的计算技能难题,显着地前进了计算精度和功率;另一方面,为合理点评揉捏式边墙的安全性供给了科学根据,通过体系的实验及数值模仿剖析,他们还得出了 揉捏边墙与混凝土面板之间的触摸面内不涂改乳化沥青条件下面板应力也在工程安全要求规模之内 的定论并被实践施工采用,显着节省了工程费用,得到了建造单位的高度点评。

科学研讨是一种境地

 

 

? 十多年间的艰难困苦和汗水汗水,张建民视之漠然。 对每位从事科学研讨的人,都现已习惯了不断遇到问题、不断处理问题、从而不断探求的进程。在科研中不断堆集经历和加深认知能够帮咱们构成大致的方向感,一步一步不断有所前进和发现。

在他看来,这个历时十多年的项目首要得益于清华杰出的科学研讨渠道和气氛、优异的研讨生集体以及我国工程建造高速开展所供给的可贵机会和应战。

项目培育的5名博士毕业生,从读博士的第一天起,就牢牢记住了张建民对学生的 六个字、一句话 胸襟、眼光、境地 ,要求学生做学问首先要学会做人,其次作为科学作业者,胸襟、眼光、境地比常识更为重要, 进门我教你,出门你教我 ,勉励学生成为走在各自研讨范畴前沿的专家。

 

通过改革开放30多年来的开展,我国的工程建造技能在相当多的范畴现已处于世界领先水平,整体上现已到达世界先进水平。工程实践的技能 先行一步 和缺少科学理论支撑带来的技能难题,为像张建民这样的团队供给了充分发挥智慧的机会与舞台。

咱们团队研讨的问题根本上都来自于工程实践,最后又悉数 回来 到工程实践中去。从实践中来,再到实践中去,是研讨工程科学问题的必经之路。对咱们开展我国家的从事工程科学研讨的人来说,重要的是要坚持 需求导向,要点打破,跨过开展 ,才能为处理工程实践问题作出量力而行的奉献。 张建民说。

在各种工程建造中,咱们能够看到不管结构在地上、地下或海上,都仍然会涉及到结构与土体一起作业问题,触摸面的了解 身影 会浮现在各种工程结构与土体体系之中。对张建民和他的团队来说,路还很长,还需求不断探求、探求,再探求。

来历:新清华 2019-02-28

 

2019年03月10日 15:07:57

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