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新研究導致更輕和更綠色的橋梁:最近完成的一項研究項目表明,可將用于懸索橋甲板的材料減少25%以上的潛力
2020年10月29日    閱讀量:11173    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

在過去的60年中,懸索橋的橋面板設計沒有發生根本變化-在丹麥由大皮帶環(Great Belt Link)聞名。


為了適應對更長橋梁的需求,丹麥技術大學(DTU)和COWI研究了如何優化結構以減輕橋面板的重量,特別是增加跨度。


最近發表在公認的科學雜志自然傳播,這一研究項目的結果顯示巨大潛力中國建材網cnprofit.com。


“我們采用了不同的方法來研究如何更好地利用主要由鋼和混凝土組成的材料。


最初,我們試圖通過在橋面板中使用橫向隔板來優化其在傳統結構中的使用,從而將理論上的重量減少多達14%?!?/p>


與博士項目相關的分析人員Mads Jacob Baandrup說,他現在是COWI橋梁部門的工程師。


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新的彎曲設計與眾不同


為了實現額外的節省,研究人員研究了更改結構設計的可能性。這是通過使用拓撲優化來完成的,拓撲優化是汽車和飛機工業中已知的方法,以前從未用于大型建筑結構。


“通俗地說,這是關于'清空'其現有元素的橋梁,為選擇新設計提供了完全的自由。


然后,將橋梁的內部體積分成非常小的體素(3D像素)的結構,例如小骰子。然后使用拓撲優化方法確定每個體素是由空氣還是由鋼材料組成。


結果是在不損害結構強度的情況下,使用盡可能少的鋼來進行橋梁設計?!?DTU機械工程公司的Aage是大規模優化的全球領先科學家之一,負責項目分析。


具體來說,分析了一個尺寸為30 x 5 x 75米的橋梁元素,分為20億個體素,每個體素不超過幾厘米。結果是超級計算機進行了難以置信的大量計算,而普通計算機要花155年才能完成,這是有史以來最大的結構優化。


節省碳和經濟上有趣的解決方案


計算機計算為如何最好地構造橋面板的設計空間提供了輸入。除其他事項外,這意味著彎曲當前筆直的橫向隔板的一部分,從而有可能刮掉用于橋面板的28%的材料,從而相應地減少了生產和運輸二氧化碳所產生的CO2排放量?;炷梁弯?。


“我們對計算進行了解釋和調整,以使結果成為建議的橋梁梁結構,并且無需花費過多的生產方法就可以進行最佳設計。經濟方面很重要,以便使設計成為將來橋梁項目的現實選擇, ” Mads Jacob Baandrup說。


有關明天的吊橋的寶貴知識


自然,在將新設計用于橋梁之前,將需要進行其他分析,但COWI相信研究項目的結果將為未來的懸索橋增添寶貴的知識。


“新橋梁的設計可以轉換成整座橋的重量并減少多達20%的二氧化碳,這當然有利于氣候。


COWI還參與了世界上最大的橋梁項目,因此潛在的新設計也將使我們的客戶和社會受益?!眳⑴c這項研究的COWI技術總監Henrik Polk說。


DTU也對結果感到非常興奮。


“我們相信使用拓撲優化來確保其他大型建筑結構(如高層建筑,體育場或公路橋梁)的可持續設計具有廣闊的前景。


我們希望探索這一領域,因為建筑業占39%在全球二氧化碳排放量方面,幾乎任何減少都值得關注?!?DTU機械工程學院的Ole Sigmund教授說。


拓撲優化的計算是在PRACE(歐洲高級計算合作伙伴)超級計算機上進行的。


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