La carrera académica de Lin Hao
Desde los primeros días de la fundación de la República Popular China hasta la década de 1960, China experimentó su primera ola de construcción de presas. China ha llevado adelante el espíritu de autosuficiencia e innovación independiente y ha diseñado y construido una serie de represas con una altura de más de 100 metros, colocando a China en las filas de la construcción de represas en el mundo moderno. En 1956, se construyó el primer proyecto de presa de doble arco de mi país en el río Liuxi en Guangdong. Expertos de renombre, encabezados por el ingeniero jefe Pan, propusieron un plan para desviar y liberar las inundaciones de la presa. Esta solución puede ahorrar una gran inversión en ingeniería, mantener el agua de descarga alejada de los cimientos de la presa y garantizar la seguridad de los cimientos de la presa. Era más avanzado que el plan de desbordamiento de la cima de la presa extranjera en ese momento. Sin embargo, el impacto de la vibración de las pulsaciones del flujo de agua causada por el desbordamiento en la seguridad de las presas se ha convertido en un gran desafío para los proyectos de ingeniería.
Con el apoyo del profesor Qian Lingxi y el profesor Dai Zongxin, los expertos autorizados en mecánica doméstica, el académico Lin Hao, quien solo se graduó de la promoción de posgrado durante solo dos años, asumió valientemente la tarea de la investigación experimental. . Aunque todo empieza desde cero, el académico Lin Hao y su equipo de investigación están llenos de confianza. Después de incansables esfuerzos, desarrollaron materiales para modelos de caucho y construyeron la primera mesa vibratoria mecánica de China. Primero desarrollaron con éxito un sensor para medir la vibración del modelo en China, propusieron una ley de similitud del modelo para la vibración de la presa de arco, fueron pioneros en la medición de la presión pulsante en la parte superior de la presa y en la investigación sobre la ley de pulsación del flujo de agua, y diseñaron un dispositivo experimental para la Respuesta vibratoria de la presa causada por vibración pulsante. En menos de dos años, finalmente se completó la prueba de vibración del primer modelo de presa de arco en China, brindando soporte técnico para la realización del plan de elevación de la corriente superior de la presa. Las evaluaciones de libros y publicaciones periódicas en la ex Unión Soviética creían que "la investigación modelo es meticulosa, el nivel científico es alto y los instrumentos de medición son avanzados".
65438-0958 Basado en las necesidades del proyecto de presa de tierra de la aldea de Maojia en el río Yili en la provincia de Yunnan, el académico Lin Hao tomó la iniciativa en la realización de la primera prueba sísmica del modelo de presa de tierra de mi país y los resultados de la investigación. fueron seleccionados como materiales de intercambio técnico externo por el Ministerio de Agua y Energía. El académico Lin Hao también realizó la prueba de estabilidad sísmica de flexión longitudinal del primer modelo de presa de muelle de mi país y propuso un modelo de cálculo de respuesta sísmica para presas de arco y presas de gravedad. Estos trabajos sentaron las bases para la investigación sísmica en las represas de China.
A finales de la década de 1970, China entró en la era de la reforma y la apertura, y la construcción de presas en China entró en un nuevo clímax. Se han construido una tras otra una gran cantidad de represas de entre 100 y 200 metros de altura, la tecnología de construcción de represas ha alcanzado nuevas alturas y la tecnología de represas resistentes a terremotos de mi país ha madurado gradualmente.
El equipo de investigación dirigido por el académico Lin Hao llevó a cabo la tarea de evaluación de la seguridad sísmica de la presa Baishan Arch y la presa Fengmang Gravity, que eran las presas más altas de China en ese momento. Sin equipo ni financiación, se propuso una nueva técnica experimental: la fotografía directa. Los investigadores diseñaron, fabricaron y fabricaron una mesa de vibración electromagnética liviana. Utilizando equipos relativamente simples, obtuvimos la forma y frecuencia de vibración de noveno orden de la presa Baishan Arch y la forma y frecuencia de vibración de cuarto orden de la presa Fully Gravity, que son altamente intuitivas y tienen imágenes claras. En ese momento, Japón utilizó el método de excitación electromagnética para realizar pruebas de modelos y el Reino Unido utilizó el método de elementos finitos para realizar análisis dinámicos de presas de arco. Sólo se pueden obtener las formas y frecuencias de vibración de orden 3 a 4 de la presa de arco y las formas y frecuencias de vibración de orden 2 a 3 de la presa de gravedad. Sobre esta base, el equipo del académico Lin Hao también desarrolló tecnología de prueba de falla de modelo dinámico para simular presas de gravedad de materiales y presas de arco, simulando modos de daño por terremotos bajo varios niveles de excitación, y obtuvo elogios en intercambios internacionales. El académico Lin Hao y otros también propusieron el método modal arco-viga para el análisis dinámico y estático de presas en arco, lo que mejoró aún más la eficiencia y precisión de los cálculos.
Aproximadamente en el nuevo siglo, la construcción de energía hidroeléctrica en China ha entrado en una etapa de rápido desarrollo. Se han construido y se encuentran en construcción varias represas de 300 metros de altura que se aproximan o superan el nivel más alto del mundo. El centro mundial de construcción de represas ha recurrido a China, que ocupa el primer lugar en el mundo en número de represas, alturas de represas, escalas de represas y dificultad técnica. Estas represas se construyen en los tramos superiores del río Yangtze y el río Amarillo en mi país, y la aceleración sísmica diseñada supera con creces el nivel más alto de la historia. Por lo tanto, la seguridad sísmica de las represas se ha convertido en una de las cuestiones técnicas clave que se necesitan. a resolver en el diseño. Antes de la década de 1990, la aceleración sísmica de diseño de las represas construidas en mi país era generalmente inferior a 0,15 g ~ 0,16 g.
Sin embargo, cuando las dos presas de arco ultraalto de 300 metros, la presa Xiaowan Arch (292 metros de altura) y la presa Xiluodu Arch (282 metros de altura), se construyeron alrededor del año 2000, la aceleración sísmica de diseño se había incrementado a 0,308 gramos y 0,312 gramos. respectivamente, la aceleración sísmica de diseño de la presa de arco de Dagangshan (210 metros de altura) que se construirá próximamente alcanzará un récord de 0,5575 gramos. Construyendo una presa de arco ultra alto de clase mundial en una zona de terremotos de tan alta intensidad. Es un desafío para la tecnología sísmica de represas de mi país. Los desafíos son severos y hay una falta de experiencia relevante a nivel internacional. Con el apoyo de tres proyectos clave de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y el Proyecto Nacional de Investigación en Ciencia y Tecnología, el equipo de investigación científica dirigido por el académico Lin Hao ha realizado incansables esfuerzos para superar las dificultades técnicas.
Lo primero que hay que hacer es reformar los modelos de cálculo tradicionales, los métodos de cálculo y los sistemas de evaluación, incluyendo una serie de cuestiones técnicas complejas como el impacto de las cimentaciones, el agua de los embalses y las juntas transversales. En el diseño de cimientos existente, el modelo de cimientos sin masa se usa generalmente para simular el impacto de los cimientos en la respuesta sísmica de la presa en arco, pero esto ignora la disipación de energía de vibración por parte de los cimientos infinitos. Basado en observaciones sísmicas reales de algunas presas de arco suizas, el modelo sin masa daría resultados de cálculo demasiado conservadores. Algunos investigadores nacionales y extranjeros han intentado utilizar el método de elementos límite, el método de elementos infinitos y el método de límites de transmisión para abordar este complejo problema. Sin embargo, existen muchos problemas, como una gran carga de trabajo de cálculo, poca estabilidad de cálculo y precisión de cálculo. no es ideal. Y debido a la complejidad del cálculo, la base sólo se puede simplificar hasta convertirla en un medio uniforme para su procesamiento. Pero, de hecho, la base de la presa en arco es compleja y desigual, lo que tiene un impacto en la seguridad sísmica de la presa en arco.
El académico Lin Hao cree que no podemos permanecer dentro del marco original y debemos adoptar nuevas ideas y nuevos métodos para resolver problemas. A través de una exploración continua, el académico Lin Hao y otros descubrieron un método de cálculo eficaz: el método de elementos finitos de límite proporcional. Este método solo necesita discretizarse en el límite del dominio computacional, lo que reduce la dimensión del problema en una dimensión y ahorra mucho trabajo de cálculo. En particular, este método puede abordar convenientemente el problema de la anisotropía del medio de base y el cambio del módulo del medio de base según una determinada regla. Con base en esto, el equipo del académico Lin Hao tomó la iniciativa en estudiar el impacto de cimientos heterogéneos complejos en la respuesta sísmica de las presas de arco, como la presencia de capas intermedias débiles en los cimientos, la presencia de interfaces discontinuas en los cimientos y el aumento de Módulo de cimentación a lo largo de la profundidad. A través de la investigación, se ha profundizado significativamente la comprensión de la respuesta sísmica del sistema de cimentación y presa en arco.
La interacción dinámica entre la presa de arco y el agua del embalse también es un campo técnico complejo. Durante muchos años, la fórmula simplificada de Westergaard se ha utilizado para calcular la presión del agua durante un terremoto en el diseño sísmico de represas. Sin embargo, según la investigación de Chopra, la compresibilidad del agua del yacimiento y la absorción de ondas de presión hidrodinámicas por el límite del yacimiento son factores importantes a considerar. Chopra et al. utilizaron el método de elementos finitos para resolver el problema. Existe una gran carga de trabajo discreta para el depósito tridimensional de la presa de arco. El modelo de cálculo y el método que propuso son muy complicados y engorrosos, y es difícil de promover. y aplicarlo en la ingeniería real. Por esta razón, muchos investigadores realizaron mejoras y utilizaron el método del elemento límite para resolver el problema, reduciendo así el orden del problema a una dimensión. La carga de trabajo del cálculo numérico de la solución básica de BEM es casi suficiente para compensar la carga de trabajo ahorrada por la reducción de dimensionalidad, y la matriz de cálculo final es asimétrica y completa, lo que aumenta la dificultad de resolución. Por lo tanto, el método de los elementos límite básicamente sólo se generaliza en el caso de presas de gravedad bidimensionales.
El método de solución de elementos finitos de límite proporcional propuesto por el académico Lin Hao y otros puede resolver fácilmente estos problemas. No solo puede abordar convenientemente los problemas de compresibilidad del agua del embalse y absorción de los límites del embalse, sino que también puede discretizar el problema de interacción hidrodinámica tridimensional entre la presa y el embalse en la superficie de la presa bajo las condiciones de un embalse prismático, ahorrando en gran medida la carga de trabajo de cálculo y extremadamente. La tierra es conveniente para la promoción y aplicación en ingeniería. El académico Lin Hao utilizó este modelo de cálculo para estudiar la influencia de la geometría del embalse de presas de arco tridimensionales y presas de gravedad bidimensionales en la vibración del acoplamiento de agua de la presa, y explicó en detalle la influencia de los cambios en la geometría del embalse, la absorción de la presión dinámica del agua. ondas por el límite del embalse y el impacto del acoplamiento del agua de la presa, la función de respuesta de frecuencia del movimiento del suelo y el patrón de distribución de la presión dinámica del agua a lo largo de la superficie de la presa, etc. Elevar el nivel de investigación de la vibración acoplada entre presa y agua a un nuevo nivel.
Después de que aparecieran grietas en la cara aguas arriba de la presa de hormigón, el impacto de la fracturación hidráulica en la seguridad de la presa ha recibido amplia atención. El modelo de cálculo establecido por el académico Lin Hao y otros utilizando el método de elementos finitos de límite proporcional puede calcular de manera conveniente y precisa la influencia de la ley cambiante de la presión del agua en la grieta sobre el factor de intensidad de tensión y las características de fractura de la grieta, de modo que el terremoto La acción puede evaluarse de manera razonable y adecuada. Menor estabilidad de la grieta.
En los diseños tradicionales, las presas de arco se tratan como una estructura monolítica para calcular la respuesta sísmica, pero en realidad, las presas de arco se construyen en piezas.
La experiencia de daño sísmico de la presa del arco de Bykeima en los Estados Unidos bajo fuertes terremotos muestra que durante los terremotos fuertes, las juntas transversales de la presa del arco se abrirán, la tensión de tracción del arco se liberará y la tensión sísmica de la presa del arco se ajustará mucho. El modelo de cálculo de juntas transversales establecido por el académico Lin Hao sobre la base de ecuaciones no uniformes es más preciso y convergente que los modelos existentes en el país y en el extranjero. Las juntas transversales de la presa de arco están conectadas mediante chaveteros, pero los modelos de cálculo existentes en el país y en el extranjero generalmente simplifican las juntas transversales en juntas planas para el cálculo. El académico Lin Hao y otros estudiaron la racionalidad de esta simplificación y descubrieron que la forma estructural del chavetero de la junta transversal tiene un impacto en los cambios en la apertura de las juntas transversales y los cambios en la tensión sísmica de la presa en arco.
En códigos y normas nacionales y extranjeros, el análisis de estabilidad de cuerpos deslizantes potenciales de cimientos y estribos de presa bajo la acción de un terremoto generalmente adopta el método de análisis cuasiestático o el método de control deslizante rígido de Newmark, que es difícil de reflejar la Estabilidad de cuerpos deslizantes bajo la acción sísmica. Características de deformación transitoria y alternativa bajo acción. Por lo tanto, el académico Lin Hao mejoró el algoritmo de evaluación de contacto del modelo DDA tridimensional y realizó el análisis de estabilidad dinámica sísmica del cuerpo deslizante tridimensional en forma de cuña. Los resultados muestran que existe una diferencia esencial entre la estabilidad dinámica y la estabilidad cuasiestática, y la desviación entre las dos aumenta con el aumento de la aceleración de la excitación sísmica. Los resultados de la investigación fueron invitados a ser publicados como informe principal en el Quinto Congreso Mundial sobre Ingeniería de Represas celebrado en Lisboa, Portugal, en 2007.
El trabajo de investigación del académico Lin Hao y otros también ha desarrollado métodos de simulación numérica para el daño por terremotos y el proceso de destrucción de presas de hormigón y modelos y métodos de cálculo para los riesgos de terremotos.
El equipo del académico Lin Hao ha desarrollado y mejorado integralmente el modelo de cálculo de los efectos sísmicos de las presas de arco y las presas de gravedad, llevando la tecnología antisísmica de presas de mi país a las filas más avanzadas del mundo. Sus resultados de investigación obtuvieron el primer lugar. Premio del Premio al Progreso Científico y Tecnológico del Ministerio de Educación.
Las principales manifestaciones del daño sísmico en presas de concreto son el daño dinámico y la fractura. La resistencia dinámica y las características de deformación del concreto se han convertido en los factores que controlan el daño sísmico en las presas, pero este es un eslabón débil en la actividad sísmica actual. Investigación sobre presas de hormigón. La propiedad dinámica del hormigón es su sensibilidad a la velocidad. Bajo la acción de diferentes cargas dinámicas como terremotos, impactos, explosiones, etc., las características dinámicas del hormigón también cambian mucho con los grandes cambios en la tasa de carga. Desde los años 1950 y 1960, debido a las necesidades militares, la investigación sobre las propiedades dinámicas del hormigón se ha desarrollado enormemente a nivel internacional. Sin embargo, este tipo de investigación se centra principalmente en las características de las explosiones nucleares: carga monótona, especímenes pequeños y centrarse en la resistencia a la compresión. Su aplicación en el diseño sísmico tiene sus limitaciones. A través de la investigación de más de 2.000 muestras, el académico Lin Hao y otros tomaron la iniciativa en la obtención de las leyes de resistencia dinámica y deformación del hormigón bajo condiciones de carga cíclicas y de amplitud variable, que reflejan las características de las cargas sísmicas. A través de la investigación, se descubrió además que factores ambientales como la temperatura y la humedad, así como factores como la amplitud de la carga estática inicial, afectan la sensibilidad a la velocidad del concreto. A través de la observación y el análisis de las características de fractura de muestras bajo diferentes velocidades de deformación, tenemos una nueva comprensión del mecanismo del hormigón sensible a la velocidad. Los resultados de esta investigación se han publicado en revistas famosas como ACI Materials Magazine y Concrete Research Journal. , y fue invitado a escribir un capítulo independiente presentando los resultados de la investigación en el libro "Cemento, hormigón y compuestos: procesamiento, propiedades y aplicaciones".
Como importante fuente de energía limpia, la energía nuclear está en auge en China. La evaluación de la adaptabilidad sísmica de los cimientos de la central nuclear determina la seguridad del diseño sísmico de la estructura y el equipo de la isla nuclear, y es una limitación importante en la selección del sitio. El académico Lin Hao es responsable de evaluar la adaptabilidad sísmica de los cimientos de muchas centrales nucleares nacionales. Durante la excavación de los cimientos de las islas nucleares 3 y 4 de la central nuclear de Liaoning Hongyanhe, se descubrieron xenolitos fuertemente erosionados y las características desiguales de los cimientos fueron prominentes. Esta compleja condición geológica básica de una isla nuclear es la primera de su tipo en la construcción de energía nuclear de China. Faltan experiencias similares en el mundo, por lo que es bastante difícil abordarlo. El modelo de cálculo propuesto por el académico Lin Hao proporciona una base científica para la evaluación de la adaptabilidad sísmica de cimientos complejos de centrales nucleares, ahorra una gran inversión en ingeniería y garantiza que el progreso de la construcción se desarrolle según lo planeado. Sobre esta base, se ha aclarado aún más la gama adaptable de parámetros de emplazamiento y cimientos para el diseño estándar de unidades de energía nuclear con reactores de agua a presión desarrollados independientemente por mi país, acelerando el proceso de independencia de la energía nuclear en mi país. El impacto de la incertidumbre de los parámetros en la respuesta sísmica de las estructuras y equipos de energía nuclear también es una parte importante de la evaluación de la adaptabilidad sísmica de los cimientos de las centrales nucleares. El académico Lin Hao desarrolló y mejoró el modelo de cálculo estadístico probabilístico de la vibración del terremoto, la incertidumbre de las propiedades de los materiales y los cimientos, haciendo que la evaluación de la adaptabilidad sísmica de los cimientos se acerque más a la realidad, sea más razonable y científica.
El académico Lin Hao también llevó a los estudiantes a profundizar la investigación sobre elementos finitos de límite proporcional, un método de simulación numérica eficiente y preciso, y desarrolló aún más su aplicación en nuevos campos como el electromagnetismo y la geometría. en los intercambios internacionales.