KUNDENHERAUSFORDERUNG
Das globale Bevölkerungswachstum stellt die Bauingenieure vor besondere Herausforderungen. Größere Städte erfordern höhere Gebäude, größere Nahverkehrssysteme und längere Brücken, die alle so ausgelegt sein müssen, dass sie Erdbeben und anderen Katastrophen standhalten. Tongji, eine der ältesten und renommiertesten Universitäten Chinas, ist auf diesem Gebiet führend und nutzt neue Testmethoden, um Ingenieuren bei der Verbesserung ihrer Designs zu helfen.
Das College of Civil Engineering der Tongji University beherbergt sowohl die Abteilung für Brückenbau als auch das State Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering. Hier ist Dr. Chengyu Yang führender Professor in der Forschungsabteilung für die seismische Auslegung von Brücken. Er führt Tests durch, die helfen, die Auswirkungen verheerender Erdbeben auf Brücken, Gebäude, Tunnel und viele andere Strukturen zu reduzieren.
„Eine unserer größten Herausforderungen ist die Durchführung von Rütteltisch-Tests für Modelle von Brücken mit großer Spannweite“, sagt Dr. Yang. „Wenn man nur einen Tisch hat, selbst einen, der sechs mal sechs Meter groß ist, muss das Modell der Brücke relativ klein sein, bis hinunter zum Maßstab 1:100 oder 1:200.“
Das Problem ist: Je kleiner das Modell, desto weniger brauchbar sind die Ergebnisse. Kleinere Modelle reagieren einfach nicht in derselben Weise wie reale Brückenkonstruktionen, was die Extrapolation von Testdaten auf die Struktur in Originalgröße erschwert. Und wenn es sich bei dem fraglichen Bauwerk um die Taizhou-Brücke in Jiangsu handelt, die sich über eine Länge von 62 Kilometern erstreckt, wird das Problem besonders schwierig zu lösen.
MTS-LÖSUNG
Um seismische Tests für große Modelle, einschließlich einer Nachbildung der Taizhou-Brücke, durchzuführen, arbeitete das Team von Dr. Yang mit MTS zusammen, um eine einzigartige Rütteltischlösung in Auftrag zu geben, die in verschiedenen Konfigurationen angeordnet werden kann und Modelle mit einem Gewicht von bis zu 200 Tonnen unterstützt. Die Lösung ist im Labor für multifunktionale Rütteltische (Multi-Functional Shaking Tables bzw. MFST) von Tongji untergebracht und umfasst vier Tische in der weltweit größten seismischen Testanlage mit mehreren Tischen.
Rütteltische verwenden hydraulische Aktuatoren, um die Kräfte und Bewegungen nachzubilden, denen Bauwerke während eines Erdbebens oder eines anderen seismischen Ereignisses ausgesetzt sind. Das MFST-Labor von Tongji verfügt über zwei 70-Tonnen-Rütteltische und zwei 30-Tonnen-Rütteltische, die in verschiedenen Konfigurationen an beliebiger Stelle innerhalb zweier benachbarter Gräben angeordnet werden können. Ein 70 Meter langer Graben kann alle vier Tische aufnehmen, ein 30 Meter langer Graben kann zwei Tische aufnehmen. Alle vier Tische können im Abstand von zwei Metern zueinander positioniert und verankert werden, sodass das Labor auch längere und größere Prüflinge aufnehmen kann, einschließlich solcher, die beide Gräben überspannen.
Am wichtigsten ist, dass die Bewegung aller vier Tische synchronisiert werden kann, um seismische Wellen so zu replizieren, als ob es sich um eine sehr große Plattform handelt; alternativ können die Tische unabhängig voneinander betrieben werden. Durch die Verwendung einer Hochgeschwindigkeits-Echtzeit-Anwendung mit gemeinsamem Speicher ermöglicht die Lösung, dass alle Tabellen Daten von allen anderen Tischen „sehen“ können. Alle Daten werden in einen Master-Regler integriert, der die Befehle und Rückmeldungen interpretiert, um alles synchron zu halten. Dadurch erhält das Labor eine umfassendere Kontrolle über die gesamte Testumgebung.
„Kein anderes Labor auf der Welt verfügt über eine Rütteltischtechnologie, die auf diese Weise und in diesem Maßstab eingesetzt werden kann“, erklärt Dr. Yang. „Wir hätten das MFST-Labor aufgrund seiner Größe nicht in der Innenstadt von Shanghai in der Nähe des restlichen Tongji ansiedeln können. Wir mussten es auf einem neuen Campus bauen. Das Laborgebäude ist 100 Meter lang und 88 Meter breit.“
Während die Lösung die traditionelle Rütteltischtechnologie nutzt, die MTS in den letzten 30 Jahren entwickelt hat, wurde sie an die Spezifikationen des Teams von Dr. Yang angepasst. Die Ingenieure von MTS und Tongji arbeiteten gemeinsam an der Entwicklung einer Lösung mit einer beispiellosen Kombination aus Größe, Kapazität und Flexibilität.
KUNDENVORTEILE
Als das Tongji MFST-Labor seismische Tests am maßstabsgetreuen Modell der Taizhou-Brücke durchführte, boten die Größe und die Konfigurierbarkeit der Rütteltischlösung deutliche Vorteile.
„Jetzt können wir ein Modell im Maßstab 1:40 verwenden, das 65 Meter lang ist, anstatt drei Meter“, erklärt Dr. Yang. „Wir können unser Modell entwerfen und die Tische so konfigurieren, dass sie zum Test passen und nicht umgekehrt. Das ist sehr praktisch für unsere Forscher. Sie bekommen die Daten, die sie am meisten brauchen, anstatt sich mit der nächstbesten Lösung zufrieden zu geben.“
Durch das Testen größerer Modelle schafft das Team von Dr. Yang eine Testumgebung, die viel näher an den realen Bedingungen ist, was den Forschern hilft, die tatsächlichen Systemreaktionen besser vorherzusagen. Realitätsnähere Tests helfen, virtuelle Modelle zu verifizieren und genauer zu machen, was die Konstruktion großer Strukturen verbessert. Die Lösung von MTS schafft auch Möglichkeiten für das MFST-Labor, neue Arten von Tests durchzuführen.
„Wir haben gerade die Tests für einen Tunnel abgeschlossen, der Festlandchina, Hongkong und Macau verbindet“, so Dr. Yang. „Früher haben wir ein Modell eines Tunnelabschnitts in eine vier mal vier Meter große Kiste mit Erde gelegt. Jetzt können wir denselben Test mit einer 40 Meter langen Box durchführen. Dadurch können wir Segmentverbindungen mit ungleichmäßiger Anregung bewerten, was entscheidend ist, da seismische Wellen verschiedene Teile großer Strukturen unterschiedlich treffen. Dies ist eine einzigartige Forschung.“
Die Lösung ist nur ein weiteres Beispiel für eine 30-jährige Beziehung zwischen Tongji und MTS, die mit jedem Projekt stärker wird.
„Alle Mitarbeiter bei MTS sind fleißig und professionell, vom Vertrieb bis hin zu den Ingenieuren und Technikern“, so Dr. Yang. „In diesem Sommer hatte ich eine Frage zu einem Test, also schickte ich eine E-Mail am Sonntagnachmittag, was in den USA mitten in der Nacht am Samstag gewesen wäre. Ich hatte nicht erwartet, sofort eine Antwort zu erhalten. Am nächsten Morgen hatte ich Antworten von mehreren verschiedenen Personen bei MTS, sowohl in den USA als auch in China. Das ist nur ein Beispiel dafür, wie gut sie auf unsere Bedürfnisse eingehen.“
