8日8日晚,在北京奧運會開幕式上,隨著體操王子李寧“飛天”點燃主火炬,那一刻世界的目光全都聚焦在承載圣火的主火炬塔上。 這是一座高達30余米的骨架蒙皮結構建筑,造型獨特,加上“鳥巢”自身支撐骨架的高度,塔頂實際高度達到了近百米。
相比“鳥巢”四周空曠的環境,這樣的高度自然會帶來十分強大的風載荷,加之整個奧運賽程長達18天,為了確保主火炬塔安然屹立,必須掌握其風載荷情況。然而主火炬塔形狀酷似卷起的膠片,外形十分復雜,現行建筑結構載荷規范沒有可供參考的體形系數,導致主火炬塔的結構主體設計和外蒙皮設計缺乏可靠的風載荷參照數據。為此,必須通過風洞試驗,準確掌握主火炬塔的風載體型系數,為結構設計提供精確有力的依據。 重任落在了總裝駐川某基地科研人員的肩上。因為,這里有亞洲最大的風洞群,有一流的試驗技術手段和優秀的科研人才隊伍,空氣動力學綜合試驗研究能力居亞洲之首。 2007年底,受北京奧運會主火炬塔設計部門委托,基地承擔了主火炬塔抗風設計風洞試驗任務。 主火炬塔的設計和造型是北京奧運會的核心機密之一,為了圓滿完成任務,該基地從精心挑選參試人員入手,確保每個環節萬無一失。所有參試人員都是來自于風洞試驗一線的優秀科技干部。 這看似平常的風洞試驗任務,卻蘊涵著諸多技術難題。 首當其沖的就是模型設計。由于主火炬塔是復雜的卷曲弧面,風洞試驗難度十分大。要獲取最準確的測力測壓數據,必須選用最恰當的試驗模型,比例太大或太小都難以滿足試驗要求。參試科研人員運用空氣動力學數值計算技術手段,對各種比例的試驗模型進行分析計算,最終確定為理想狀態下的1:15縮比模型,并采用分塊數控加工然后拼裝的方法,成功利用7個鋼聯接塊將16個鋁曲板聯接成一個整體,保證了模型外形的準確性。與飛行器和其他建筑物的誕生過程一樣,是風洞,為最終確定主火炬塔的總體布局結構設計頒發了“準生證”。 克服了模型設計難題后,還要破解自然風對主火炬塔的“侵襲”。參試人員考慮到每一個可能產生影響的細微環節,風洞試驗中,他們不但根據不同風向安置了長12米、高2米的體育場模型,甚至還保留了體育場周邊的大量建筑模型,真實模擬了主火炬塔周邊的風環境。為了獲得精確的試驗參數,科研人員沿16個主要風向,在厚度僅20毫米的卷疊狀主火炬塔模型內外表面,均勻布置了300多個測壓點。然而,這并不是一勞永逸的工作,每改變一次試驗狀態,就要全部吊裝試驗模型和主體建筑物模型,還要在300多個測壓點重新布置傳感器,任務量十分繁重。 科研人員克服時間緊任務重的困難,堅守在風洞內24小時連續奮戰,先后完成主火炬塔試驗模型豎直、平放各種狀態下的內外表面測壓、整體測力和煙流試驗等各類風洞試驗60余次,成功解決了主火炬塔總體布局設計、模擬設備的風環境、橫風向共振影響等諸多技術難題,為主火炬塔主體抗風設計提供了大量科學準確的風洞試驗數據。
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