SFIDA DEL CLIENTE
La crescita della popolazione globale pone sfide speciali per gli ingegneri civili. Le città più grandi richiedono edifici più alti, sistemi di trasporto di massa più grandi e ponti più lunghi, da progettare per resistere a terremoti e altri disastri. La Tongji, una delle università più antiche e prestigiose della Cina, è all'avanguardia in questo campo e utilizza nuovi metodi di test per aiutare gli ingegneri a migliorare i propri progetti.
Il College of Civil Engineering della Tongji University ospita sia il Dipartimento di Bridge Engineering sia lo State Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering. Qui, il dott. Chengyu Yang è un professore chiave nella divisione di ricerca per la progettazione sismica dei ponti e conduce test che aiutano a ridurre gli effetti di terremoti devastanti su ponti, edifici, tunnel e molte altre strutture.
"Una delle nostre maggiori sfide è eseguire test su tavola a scuotimento per modelli di ponti a campata lunga" ha affermato il dott. Yang. “Se hai una sola tavola, anche di sei metri per sei, il modello del ponte deve essere relativamente piccolo, fino a una scala 1:100 o 1:200."
Il problema è che più piccolo è il modello, meno utili saranno i risultati. I modelli più piccoli semplicemente non reagiscono allo stesso modo delle strutture di ponti reali, rendendo più difficile l'estrapolazione dei dati di test sulla struttura in scala reale. E se la struttura in questione è il ponte Taizhou di Jiangsu, che si estende per 62 chilometri, il problema diventa particolarmente arduo da risolvere.
SOLUZIONE MTS
Per completare i test sismici per modelli su larga scala, inclusa una replica del ponte Taizhou, il team del dott. Yang ha lavorato con MTS per commissionare una tavola a scuotimento unica nel suo genere, che può essere predisposta secondo più configurazioni e supporta modelli che pesano fino a 200 tonnellate. Ospitata nel laboratorio Multi-Functional Shaking Tables (MFST) di Tongji, la soluzione incorpora quattro tavole all'interno del più grande impianto di prova sismica multi-tavole al mondo.
Le tavole a scuotimento utilizzano attuatori idraulici per replicare le forze e i movimenti sopportati dalle strutture durante un terremoto o altri eventi sismici. Il laboratorio MFST di Tongji dispone di due tavole a scuotimento da 70 tonnellate e due tavole a scuotimento da 30 tonnellate che possono essere disposte in più configurazioni in qualunque punto all'interno di due trincee adiacenti. Una trincea lunga 70 metri può ospitare tutte e quattro le tavole e una trincea lunga 30 metri può contenere due tavole. Tutte e quattro le tavole possono essere posizionate e ancorate a intervalli di due metri, consentendo al laboratorio di ospitare campioni di prova più lunghi e più grandi, compresi quelli che si estendono su entrambe le trincee.
La cosa più importante è che il movimento di tutte e quattro le tavole può essere sincronizzato per replicare le onde sismiche come se fossero un'unica piattaforma molto grande, oppure le tavole possono essere azionate singolarmente. Utilizzando un'applicazione di memoria condivisa ad alta velocità, in tempo reale, la soluzione consente a tutte le tavole di “vedere” i dati di tutte le altre tavole. Tutti i dati sono integrati in un controller principale che interpreta i comandi e il feedback per mantenere tutto sincronizzato. Ciò consente al laboratorio di avere un controllo maggiore sull'intero ambiente di test.
"Nessun altro laboratorio al mondo dispone di una tecnologia a tavola a scuotimento che può essere utilizzata in questo modo, su questa scala" afferma il dott. Yang. “Non avremmo potuto posizionare il laboratorio MFST nel centro di Shanghai vicino al resto della Tongji a causa delle sue dimensioni. Abbiamo dovuto costruirlo in un nuovo campus. L'edificio del laboratorio è lungo 100 metri e largo 88 metri."
Sebbene la soluzione sfrutti la tradizionale tecnologia della tavola a scuotimento sviluppata da MTS negli ultimi 30 anni, è personalizzata per soddisfare le specifiche del team del dott. Yang. Gli ingegneri di MTS e della Tongji hanno lavorato insieme per sviluppare una soluzione con una combinazione senza precedenti di dimensioni, capacità e flessibilità.
VANTAGGI PER IL CLIENTE
Quando il Tongji MFST Lab ha condotto i test sismici sul modello in scala del Ponte Taizhou, le dimensioni e la configurabilità della tavola a scuotimento hanno dato evidenti vantaggi.
“Ora possiamo usare un modello in scala 1:40 lungo 65 metri invece di 3 metri" sostiene il dott. Yang. “Possiamo progettare il nostro modello e configurare le tavole per adattarsi al test, invece del contrario. È molto conveniente per i nostri ricercatori, che possono così ottenere i dati per loro sono più interessanti, invece di accontentarsi dell'alternativa migliore".
Testando modelli più grandi, il team del dott. Yang crea un ambiente di test molto più vicino alle condizioni del mondo reale, il che aiuta i ricercatori a prevedere meglio le risposte effettive del sistema. Test più realistici aiutano a verificare i modelli virtuali e a renderli più accurati, il che migliora la progettazione di strutture di grandi dimensioni. La soluzione di MTS crea anche opportunità per il laboratorio MFST di perseguire nuovi tipi di test.
"Abbiamo appena terminato i test per un tunnel che collega la Cina continentale, Hong Kong e Macao" ha affermato il dott. Yang. “Prima, mettevamo un modello di una sezione del tunnel in un box di terreno di quattro metri per quattro. Ora possiamo fare lo stesso test con un box lungo 40 metri. Questo ci consente di valutare le connessioni dei segmenti utilizzando un'eccitazione non uniforme, che è fondamentale, perché le onde sismiche colpiscono in modo diverso parti diverse di grandi strutture. Questa è una ricerca unica”.
Questa soluzione è solo un altro esempio della relazione trentennale che esiste tra la Tongji University e MTS, e che diventa più forte a ogni progetto.
"Tutte le persone che lavorano a MTS sono diligenti e professionali, dal reparto vendite agli ingegneri e ai tecnici" ha affermato il dott. Yang. “Quest'estate avevo una domanda su un test, quindi ho inviato un'e-mail di domenica pomeriggio, che era notte fonda di sabato negli Stati Uniti. Non mi aspettavo di ricevere subito una risposta. La mattina dopo, ho ricevuto risposte da diverse persone di MTS, sia negli Stati Uniti che in Cina. Questo è solo un esempio di quanto siano reattivi alle nostre esigenze".
