“巨大的实验室现在已空廓一清,四周仅仅弥漫着从霃裂的七层楼混凝土试验建筑物中扬起的滚滚尘烟。面对如此酷似一场真实地震之后的巍巍景况,不免令人有肃然起敬之感。”对于一个来访者来说,当他第一次置身于这座空间体面积达80万平方英尺(合74万3千200平方米)的庞大建筑体中,就会令他产生一种仿佛置身在美国肯尼迪角巨大的火箭装配大展里的奇妙同感。抬头可以看见对而墙上环绕着长而狭窄的观察过道,唯一不同的是,这里没有待装的巨型的宇宙飞船及其辅助装配设施,而是赫然耸立在你眼前一堵行家称之为“反应墙”的混凝土巨石。它的厚实、高大的气势仿佛要把任何阻挡在它面前的物体压成齑粉。
这就是日本建筑省建筑研究院所属的巨型结构实验室。它坐落在著名的筑波“科学城”土木建筑区内,这座巨型实验室差不多有七层楼高,室内面积达400平方米,可以容纳整幢试验性楼房。它是由美国全国科学基金会和日本科技协会共同筹资建造的。按照两国科学家预先拟定的计划,将在这里进行一系列地震工程学方面的研究和实验,旨在改进抗震建筑结构的各项设计,使之更经得起地震的考验。到目前为止,在这里被进行震动试验的有钢筋混凝土,钢架以及砖石木框等各种结构的建筑体。
把一座真实的建筑物放到一个模拟强地震的环境里进行试验这并不是异想天开,而是继人类走向月球之后,在地球上力求控制自然造成的破坏的一种顶天立地的创举。现在又一座试验性楼房被吊放在为三十吨的震动台上。一场模仿大地霄的破坏性试验将在这座平稳的台上演出了。
日本地震研究专家为此专门设计出一种“模拟动态”试验程序及其实验室。试验系统本身是固定的,不会震摇。七层楼的钢筋混凝土试验体被牢固地系缚在固定的试验层上。八台模拟地震波的震动液压活塞装置被安置在反应墙和试验体之间,每台震动装置以100公吨的力量作拔出或伸入试验体的动作。安置在试验体顶层的两台震动装置有一千毫米的冲程量,其余分别被安置在每层的六台装置也有500毫米的冲程量。这些装置全部由电子计算机控制。
当模拟地震的规模一经专家选定之后,试验的程序按以下步骤进行:首先,计算机判读大约在0.003秒瞬间输入地面加速的变化,并根据牛顿第二定律(力等于体积乘加速度)迅速计算出每一层的应力数。其次,震推力根据结构体所具有的强度加以等分,来测定每一层的位移情况。接着计算机向震动装置发出位移的指令,使试验体按照规定的程序作定向位移。最后,震动装置向计算中心反馈位移试验体所需的实际震动力,由计算机根据试验体的强度作进一步修正指令,整个试验按照这个模式不断往复进行。
事情看起来似乎很迅速,其实不然,一次为时仅仅十秒钟的试验,大约要花费四十小时的准备工作。其中最明显的缺陷是试验所需要的巨大空间,而这必须付出昂贵的代价去建造如此巨大的实验室。
从被试验的建筑体内外,多达700架次的各类测试仪器被系置其中,它们及时将各种数据输入计算机里。其中四百架量测仪监测着混凝土内部钢筋体的应变情况;一百多架测试着混凝土表面的应变情况。其余二百架位移传感器在各个测试点上监测着试验结构体的位移和回转运动。这些测试设备给专家们提供了大建筑体在非常情况下产生变化的详细数据,显然这是无法从一般模型体试验中获得的。
人类有史以来首次在人为控制下,进行模拟瞬间地震的破坏性试验,以及修复后再破坏的试验。从这种宏观实验中人们已经把握了多少制伏地震的秘密呢?日本科学家认为,通过对大量数据的分析,他们已经对钢筋混凝土结构掌握了大量第一手资料。目前他们正在转入一项新的研究项目,它涉及到一种将在地震频繁地区采用的新型建筑。而且他们还透露,已经发展出一种新型的加固物技术,使之适用于加固现有的建筑物。
[Popular Science,1982年8月号]