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新研究导致更轻和更绿色的桥梁:最近完成的一项研究项目表明,可将用于悬索桥甲板的材料减少25%以上的潜力
2020年10月29日    阅读量:1979    新闻来源:360资讯网 ChinaNews360.com  |  投稿

在过去的60年中,悬索桥的桥面板设计没有发生根本变化-在丹麦由大皮带环(Great Belt Link)闻名。


为了适应对更长桥梁的需求,丹麦技术大学(DTU)和COWI研究了如何优化结构以减轻桥面板的重量,特别是增加跨度。


最近发表在公认的科学杂志自然传播,这一研究项目的结果显示巨大潜力涂料在线coatingol.com


“我们采用了不同的方法来研究如何更好地利用主要由钢和混凝土组成的材料。


最初,我们试图通过在桥面板中使用横向隔板来优化其在传统结构中的使用,从而将理论上的重量减少多达14%。”


与博士项目相关的分析人员Mads Jacob Baandrup说,他现在是COWI桥梁部门的工程师。


新研究导致更轻和更绿色的桥梁:最近完成的一项研究项目表明,可将用于悬索桥甲板的材料减少25%以上的潜力 360资讯网,ChinaNews360.com


新的弯曲设计与众不同


为了实现额外的节省,研究人员研究了更改结构设计的可能性。这是通过使用拓扑优化来完成的,拓扑优化是汽车和飞机工业中已知的方法,以前从未用于大型建筑结构。


“通俗地说,这是关于'清空'其现有元素的桥梁,为选择新设计提供了完全的自由。


然后,将桥梁的内部体积分成非常小的体素(3D像素)的结构,例如小骰子。然后使用拓扑优化方法确定每个体素是由空气还是由钢材料组成。


结果是在不损害结构强度的情况下,使用尽可能少的钢来进行桥梁设计。” DTU机械工程公司的Aage是大规模优化的全球领先科学家之一,负责项目分析。


具体来说,分析了一个尺寸为30 x 5 x 75米的桥梁元素,分为20亿个体素,每个体素不超过几厘米。结果是超级计算机进行了难以置信的大量计算,而普通计算机要花155年才能完成,这是有史以来最大的结构优化。


节省碳和经济上有趣的解决方案


计算机计算为如何最好地构造桥面板的设计空间提供了输入。除其他事项外,这意味着弯曲当前笔直的横向隔板的一部分,从而有可能刮掉用于桥面板的28%的材料,从而相应地减少了生产和运输二氧化碳所产生的CO2排放量。混凝土和钢。


“我们对计算进行了解释和调整,以使结果成为建议的桥梁梁结构,并且无需花费过多的生产方法就可以进行最佳设计。经济方面很重要,以便使设计成为将来桥梁项目的现实选择, ” Mads Jacob Baandrup说。


有关明天的吊桥的宝贵知识


自然,在将新设计用于桥梁之前,将需要进行其他分析,但COWI相信研究项目的结果将为未来的悬索桥增添宝贵的知识。


“新桥梁的设计可以转换成整座桥的重量并减少多达20%的二氧化碳,这当然有利于气候。


COWI还参与了世界上最大的桥梁项目,因此潜在的新设计也将使我们的客户和社会受益。”参与这项研究的COWI技术总监Henrik Polk说。


DTU也对结果感到非常兴奋。


“我们相信使用拓扑优化来确保其他大型建筑结构(如高层建筑,体育场或公路桥梁)的可持续设计具有广阔的前景。


我们希望探索这一领域,因为建筑业占39%在全球二氧化碳排放量方面,几乎任何减少都值得关注。” DTU机械工程学院的Ole Sigmund教授说。


拓扑优化的计算是在PRACE(欧洲高级计算合作伙伴)超级计算机上进行的。


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