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智能材料与结构智能合金助力桥梁道路抵御地震灾害物流

发布时间:2019-11-29 17:20:27 阅读: 来源:耳坠厂家

科学网—《智能材料与结构》:智能合金助力桥梁道路抵御地震灾害

图片说明:地震造成的道路断裂坍塌。(图片来源:《新科学家》)这一幕或许将是很长一段时间内,让全中国人最揪心和痛心的画面。通过科学技术进步,让人类在未来面临同样的灾难时,能够多一份安全和自信,将是科学家不懈努力的目标。美国科学家最近检验了一种设想,即利用一种智能合金作为固定桥梁道路的缆绳,它能在地震过程中伸长,而在震后重新收紧并将桥梁道路拉回原来的位置。这样,高架桥梁道路就有可能避免在地震中四分五裂。领导该项研究的是佐治亚理工学院的土木工程学家Reginald DesRoches,他和里诺大学、莱斯大学同事通过实验首次证明,利用镍钛诺形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)制成的缆索能够有助于抵御地震或者飓风。相关论文发表在《智能材料与结构》(Smart Materials and Structures)杂志上。地震中,由钢筋混凝土制成的桥梁道路往往会从支撑物上脱离,造成断裂坍塌,这对桥上和桥下的人而言都是灾难性的。道路的毁坏还会严重影响交通,令救援无法到达,紧急物资无法运送。为了解决这一问题,科学家已经尝试过用钢缆将桥梁道路和支座绑定在一起,不过,这种方法有两个缺陷,一是桥梁支架在地震中会承受破坏性的巨大力量,二是被拉长的钢缆必须换掉,代价较为昂贵。科学家想到了形状记忆合金,它们能够承受相当的应力,同时不发生永久性形变。DesRoches说, 它们可以像橡皮筋一样弹回来,没有任何损坏。 因此,由SMA制成的超弹性缆索可以让桥梁路面在连接处 弯曲 ,地震消散后又很快恢复到支座支撑的位置。与此前的一些小规模模拟实验相比,DesRoches和同事进行的最新研究在大尺度上检验了SMA缆索在真实桥梁道路上的表现。他们利用一个巨大的 摇震台 来模拟地震时地面的运动方式。结果表明,用镍钛诺(一种SMA,镍和钛的非磁性合金)制成的缆索可以将桥梁道路的移位限制在2.5厘米,而钢缆的这一数字为10厘米。资助该项研究的加州交通部地震工程办公室负责人表示,尽管要在现有的桥梁上应用SMA缆索成本很高,但如果考虑到灾难后快速的功能恢复对区域经济的积极影响,这种代价还是可以理解和接受的。英国布里斯托尔大学地震工程研究中心主任Colin Taylor认为,新的结果看起来很有希望,但还需要进一步的研究。 我们需要弄清形状记忆材料的详细特性,以及它们如何响应各种类型地震的力学模式 毕竟地震的发生还是比较随机的。 (科学网 任霄鹏/编译)(《智能材料与结构》(Smart Materials and Structures),17 035018(10pp), doi: 10.1088/0964-1726/17/3/035018,Rita Johnson, Reginald DesRoches and M Saiid Saiidi)更多阅读(英文)《智能材料与结构》论文摘要Reginald DesRoches个人主页

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