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          我國科技人員借助火箭發動機技術研發“抗震神器”

          9月,陜西省渭南市的一群孩子,走進了剛剛竣工的大荔縣實驗小學洛濱校區。新老師、新同學,以及三棟嶄新的教學樓讓他們頗感新鮮。但他們不知道,每棟教學樓下,都安裝了源于航天技術的隔震支座,能在地震時抵消80%左右的能量,保護他們的生命安全。

          我國是世界上多地震的國家,也是蒙受地震災害最為深重的國家之一。地震給人類帶來的災難大多是由于建筑物的倒塌所致,因此,對各種建筑物進行抗震設防,使其在地震中不損壞、不倒塌,是避免人員傷亡的關鍵。

          目前,地震精確預測仍是世界難題,但航天科技集團公司四院41所的科技人員,卻借助火箭發動機技術研發了這款“抗震神器”,能有效減少地震造成的生命財產損失。

          地震中的“雜技演員”

          來到洛濱校區新教學樓底部可以看到,30個隔震支座以6米為間距呈網狀分布,支撐著教學樓。

          41所固體火箭發動機首席專家尤軍峰介紹說,傳統抗震技術是借助鋼筋混凝土,把上部結構和基礎牢固地連接在一起。但這樣一來,地震能量會經過基礎傳輸到上部結構,使其發生振動和變形。當受力超過結構強度時,建筑便會被破壞。“地震波最厲害的就是橫波。”他說,“當地面橫向擺動時,建筑可能會瞬間倒塌。”

          隔震技術是在不改變原建筑設計方案的前提下,在建筑物上部結構與基礎之間安裝支座作為隔震層。隔震支座豎向剛度和承載力很大,水平剛度卻很小,且具有很強的水平變形能力。同時它還具有恰當的阻尼和穩定的彈性復位功能。當地震來臨時,它就像腳踩滾筒、頭頂大缸的雜技演員,腳下跟隨橫波來回擺動,頂部卻穩穩地托舉著建筑物,能有效降低建筑物上部結構加速度反應而導致的變形,避免同頻共振帶來的破壞。如此減隔震體系,能實現建筑結構自身、非結構構件和建筑物內部設施“三重保護”,確保震后建筑物無需修復即可繼續使用。

          隔震支座在2500噸壓剪機上開展測試

          隔震支座在2500噸壓剪機上開展測試

          航天人的材料配方

          在西安市郊一座工廠里,煉膠師正對煉好的橡膠像揉面一樣反復擠壓。這種橡膠的延伸率為600%,材質達到了航天級橡膠的要求。反復擠壓則是為了讓橡膠里的配方充分融合。

          隔震支座正是由35片厚度3毫米的橡膠與35張特種鋼板交替疊合,黏結而成的。41所將固體火箭發動機噴管柔性擺動技術和工藝用于其中。

          尤軍峰介紹說,隔震支座的工作原理與火箭柔性噴管很接近。既要有足夠的支撐力能扛起上面的建筑,又要有足夠的彈性和抗拉力,保證不會被拉斷。

          其所用的橡膠配方是航天人的得意之作。尤軍峰說,固體火箭或導彈裝備一放就是10年甚至更久,對橡膠材料要求很高,老化、變硬或性能改變都不行。

          因此,用這種橡膠制成的隔震支座,壽命能與建筑一樣長,如果沒發生地震就不用更換。

          在隔震支座研制中,四院耗時兩年多,在設計方法、超強抗老化高性能橡膠、高強度黏接劑、成型工藝、過程控制和產品性能等方面開展了大量研究。產品通過了華中科技大學的型式檢驗,技術達到國內先進水平。

          將為千家萬戶打造“安全島”

          憑借有效的隔震減災效果和較低的成本,隔震技術得到了國際上的認可。特別是在新西蘭、日本、美國等,相關研究開展較早,技術水平較高。有數據顯示,在目前新建的房屋及房屋改造中,該技術在美國、意大利等國家的使用率達到10%以上,在日本甚至超過了50%。

          在我國,隔震技術起步較晚,但逐漸受到重視。目前國內建有隔震建筑3000多幢,比2005年統計數量翻了一番,其中云南省的隔震建筑面積約占全國一半左右。2008年汶川大地震后,包括雅安的蘆山縣、寶興縣在內,四川省超過50個災后重建項目都使用了隔震技術。

          從2014年起,國家住房與城鄉建設部發文指出,各省、自治區住房與城鄉建設廳需有序推進減隔震技術的應用,確保工程質量。隨后甘肅、新疆、青海等地震高烈度地區對使用隔震技術做了強制規定,凡是位于抗震設防烈度8度及以上的地震高烈度地區及地震災后重建的4層至12層學校教學樓、學生宿舍、醫院醫療用房、幼兒園、機場等人員密集公共建筑,必須采用基礎隔震技術進行設計。據統計,目前我國約70億平方米的在建建筑面積需使用隔震設備,未來,該類產品將在公路、橋梁、船舶和核電設施等領域發揮重要作用,更將為千家萬戶打造地震中的“安全島”。

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