黃浩華

1954年中國(guó)科學(xué)院土木建筑研究所成立，劉恢先所長(zhǎng)成立了中國(guó)第一個(gè)抗震研究機(jī)構(gòu)，名為抗震組。劉恢先所長(zhǎng)非常重視抗震試驗(yàn)研究，1956年從鐵道部調(diào)來了二臺(tái)火車皮作為振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面，經(jīng)過幾年的研發(fā)，于1961年建成了一個(gè)123.3 m的機(jī)械式單向水平正弦振動(dòng)臺(tái)， 1962年獲得中國(guó)科學(xué)院三等獎(jiǎng)，中央人民廣播電臺(tái)對(duì)外廣播。可惜的是在1966年文化大革命中由于試驗(yàn)室倒塌而毀壞。

1963年由黃浩華負(fù)責(zé)研制1×1.5m電液伺服單水平向地震模擬振動(dòng)臺(tái)，由于1966年文化大革命的開展而停止，被批為敗家子項(xiàng)目。

1962～1964年建造了數(shù)個(gè)電磁臺(tái)，供小型模型試驗(yàn)用。

1979年建成了加速度控制的1.2×1.2m電液伺服地震模擬臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了地震波再現(xiàn)，為國(guó)內(nèi)第一臺(tái)。

1978年北戴河全國(guó)地震工程專業(yè)會(huì)議上決定成立全國(guó)研制中型地震模擬振動(dòng)臺(tái)的聯(lián)合研制小組，我所為主力成員，首先在1983年研制成功3×3m單水平向地震模擬臺(tái)，1988年又研制成功了全國(guó)第一臺(tái)規(guī)模最大的5×5m雙水平向地震模擬臺(tái)，設(shè)置在地震模擬試驗(yàn)室內(nèi)。1997年將此振動(dòng)臺(tái)改造為三向地震模擬臺(tái)。

一、12×3.3 m機(jī)械式單向水平正弦振動(dòng)臺(tái)

機(jī)械式單向水平正弦振動(dòng)臺(tái)原理圖如圖1所示，臺(tái)面為一臺(tái)火車皮，上有10cm厚的鋼筋混凝土作上臺(tái)面，尺寸為12×3.3m，自重20噸，可載重20噸的試件。臺(tái)面由兩對(duì)車輪支承導(dǎo)向，車輪在導(dǎo)軌上滾動(dòng)。臺(tái)體一端有彈簧組連到擋墻上，另一端連有摩擦阻尼器。臺(tái)體中間為起振裝置，由兩組偏心輪組成，產(chǎn)生單向激振力，見圖2。起振裝置有兩組傘形齒輪換向，用95馬力的解放牌汽車發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。最大出力40噸，最高頻率40Hz。

圖1機(jī)械式單向水平正弦振動(dòng)臺(tái)原理圖

在劉恢先所長(zhǎng)的運(yùn)作下，1956年從鐵道部調(diào)來了二臺(tái)火車皮作為振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面，后來只用一臺(tái)作臺(tái)面，起振裝置和彈簧組由所工廠設(shè)計(jì)組陳文平負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，所工廠加工。調(diào)試時(shí)由黃浩華負(fù)責(zé)，將彈簧組改少，降低系統(tǒng)的固有頻率，為減小系統(tǒng)共振影響，設(shè)計(jì)了摩擦阻尼器，使系統(tǒng)可正常運(yùn)行。

振動(dòng)臺(tái)建成后，進(jìn)行了墻體、磚房和高爐的模型試驗(yàn)。1962年獲得中國(guó)科學(xué)院三等獎(jiǎng)，中央人民廣播電臺(tái)對(duì)外廣播。是我國(guó)第一臺(tái)用于抗震試驗(yàn)的振動(dòng)臺(tái)，其規(guī)模也是世界上最大。可惜的是在1966年文化大革命中由于試驗(yàn)室倒塌而毀壞。

圖2 偏心塊慣性式起振機(jī)的工作原理圖

1.成為正；2.兩力抵消；3.兩力合成為負(fù)；4兩力抵消。

二、電磁臺(tái)

1962～1964年建造了數(shù)個(gè)電磁臺(tái)，供小型模型試驗(yàn)用。

圖3中1×0.8m電磁振動(dòng)臺(tái)建于辦公樓北一樓108室，由抗震室儀器組設(shè)計(jì)，所工廠加工。激振器的驅(qū)動(dòng)為500瓦功率放大器，頻率范圍1～1000Hz，由所儀器組負(fù)責(zé)制造。激振器出力為100公斤，位移2cm。建成后進(jìn)行了水壩橡膠模型、冷卻塔有機(jī)玻璃模型等試驗(yàn)。

圖3 1x0.8m電磁振動(dòng)臺(tái)

圖4中0.8×0.6m電磁振動(dòng)臺(tái)建于辦公樓北一樓，由工廠設(shè)計(jì)組設(shè)計(jì)，所工廠加工。激振器的驅(qū)動(dòng)為1000瓦功率放大器，頻率范圍1～1000Hz，由所儀器組負(fù)責(zé)制造。激振器出力為100公斤，位移2cm。建成后進(jìn)行了廠房有機(jī)玻璃模型、李立的砂層隔振等試驗(yàn)。

圖4 0.8×0.6m電磁振動(dòng)臺(tái)

三、1×1.5m電液伺服單水平向地震模擬振動(dòng)臺(tái)

1963年由黃浩華負(fù)責(zé)研制1×1.5m電液伺服單水平向地震模擬振動(dòng)臺(tái)，機(jī)械設(shè)計(jì)由所工廠設(shè)計(jì)組負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，所工廠負(fù)責(zé)加工，由于1966年文化大革命的開展而停止，被批為敗家子項(xiàng)目。

四、加速度控制的1.2 × 1.2m單水平向電液伺服地震模擬臺(tái)

1979年建成了加速度控制的1.2 × 1.2m單水平向電液伺服地震模擬臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了地震波再現(xiàn)，為國(guó)內(nèi)第一臺(tái)。

利用國(guó)家地震局從日本展覽會(huì)上的展品，出力1.5噸、位移10cm的電液伺服激振器進(jìn)行配套，機(jī)械部分由所工廠設(shè)計(jì)組負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，所工廠負(fù)責(zé)加工。采用了鎂鋁合金的臺(tái)面，靜壓導(dǎo)軌支承方式。

控制方式由原來的位移控制改造為三參量加速度控制，擴(kuò)寬了頻率范圍，位移控制為0～5Hz擴(kuò)寬到0.1～50Hz，實(shí)現(xiàn)了地震波再現(xiàn)，并為后來研制大型振動(dòng)臺(tái)打下技術(shù)基礎(chǔ)。

建成后進(jìn)行了避雷器、磚房模型等試驗(yàn)。

五、5×5m電液伺服地震模擬振動(dòng)臺(tái)

（一）立項(xiàng)

1975年海城地震后，國(guó)家對(duì)抗地震研究特別重視，計(jì)委立項(xiàng)投資要研制地震模擬振動(dòng)臺(tái)。地震局（在中國(guó)科學(xué)院內(nèi)的局）有意爭(zhēng)取立項(xiàng)，下達(dá)中國(guó)科學(xué)院工程力學(xué)研究所。

在儀器研究室主任呂啟惠主持下搞方案論證和申請(qǐng)報(bào)告。當(dāng)時(shí)有電動(dòng)方案和電液伺服方案之爭(zhēng)，擬建3×3m以上的規(guī)模。1975年末向地震局和國(guó)家計(jì)委回報(bào)，以電液伺服方案為主去爭(zhēng)取。當(dāng)時(shí)黑龍江省副省長(zhǎng)陳劍飛也參與了回報(bào)。

由于我所上報(bào)晚，國(guó)家計(jì)委立項(xiàng)由中國(guó)建筑研究院獲得。當(dāng)時(shí)地震局負(fù)責(zé)這方面工作的于允生說，地震局要單獨(dú)撥款進(jìn)行地震模擬臺(tái)的研發(fā)，要工程力學(xué)研究所組織人員進(jìn)行此項(xiàng)工作。

1978年在北戴河召開了全國(guó)地震工程專業(yè)會(huì)議，決定成立全國(guó)地震模擬振動(dòng)臺(tái)聯(lián)合研制組進(jìn)行開發(fā)，由建工部抗震辦負(fù)責(zé)組織，國(guó)家投資110萬元研制費(fèi)。起初有中國(guó)科學(xué)院工程力學(xué)所、機(jī)械部設(shè)計(jì)總院、機(jī)械部自動(dòng)化所、中國(guó)建筑研究院、上海同濟(jì)大學(xué)和天水紅山試驗(yàn)機(jī)廠組成，后來僅剩中國(guó)科學(xué)院工程力學(xué)所、機(jī)械部設(shè)計(jì)總院、天水紅山試驗(yàn)機(jī)廠三家組成。地震模擬振動(dòng)臺(tái)的研制工作正式列入國(guó)家計(jì)劃。

組織機(jī)構(gòu)建立

為了適應(yīng)地震局的要求，1977年所內(nèi)在儀器研究室的基礎(chǔ)上成立了大型振動(dòng)臺(tái)研究室，

由呂啟惠任主任，下設(shè)機(jī)械組、模控組、數(shù)控組和強(qiáng)電組。共有20多人。1978年由黃浩華任主任，1984年改為大型振動(dòng)臺(tái)組。

研制方案確定

1978年正式成立了地震模擬振動(dòng)臺(tái)聯(lián)合研制組，基本為中國(guó)科學(xué)院工程力學(xué)所和天水紅山試驗(yàn)機(jī)廠兩家進(jìn)行開發(fā)。

從各研究室研究需要，確定了建造5×5m規(guī)模的振動(dòng)臺(tái)作為目標(biāo)。

聯(lián)合研制組研究決定分兩步進(jìn)行，先進(jìn)行3x3m單水平振動(dòng)臺(tái)的樣機(jī)研制，積累技術(shù)后再進(jìn)行5×5m雙水平向振動(dòng)臺(tái)的研制，并留有擴(kuò)展為三向六自由度振動(dòng)臺(tái)的余地。

幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

1976年4月參加地震工程考察團(tuán)赴美國(guó)進(jìn)行考察，了解和學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，為自行開發(fā)進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備。

（1）1984年又組織振動(dòng)臺(tái)考察組赴日本進(jìn)行考察，由蘭貴祿、黃浩華和劉達(dá)三人組成，為調(diào)試和繼續(xù)開發(fā)積累技術(shù)儲(chǔ)備。

（2）地震局在日本展覽會(huì)上為我所進(jìn)口了1.5噸推力的電液伺服激振器，自行改造為1.2×1.2m單水平向振動(dòng)臺(tái)，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，使能進(jìn)行加速度控制的地震模擬試驗(yàn)，為后來的大臺(tái)開發(fā)打下技術(shù)基礎(chǔ)。

（3）地震局調(diào)撥DJS154計(jì)算機(jī)，為振動(dòng)臺(tái)數(shù)字控制提供硬件準(zhǔn)備。

（4）1981年建工部抗震辦的龔永松對(duì)黃浩華提出國(guó)家有200萬美元的額度可以進(jìn)口國(guó)外地震模擬振動(dòng)臺(tái)，請(qǐng)考慮要不要。向劉恢先所長(zhǎng)匯報(bào)后，劉所長(zhǎng)決定不進(jìn)口，要自己研制開發(fā)，為后來的自行開發(fā)定了調(diào)。

（5）1982年在所內(nèi)刮起了一股下馬風(fēng)，“國(guó)內(nèi)無能力研制”，“大批鋼材白扔在土坑內(nèi)，是敗家的做法，已準(zhǔn)備的土建用近200噸鋼材退貨，相當(dāng)一部分人員退出了大振動(dòng)臺(tái)研究室，所級(jí)領(lǐng)導(dǎo)也相繼提出懷疑，劉所長(zhǎng)、胡聿賢副所長(zhǎng)、靳連仲副所長(zhǎng)均找黃浩華詢問能否搞成，黃浩華回答：“3×3m振動(dòng)臺(tái)正在調(diào)試，看情況吧”。

（6）1983年3×3m振動(dòng)臺(tái)研制成功，在天水紅山試驗(yàn)機(jī)廠由建工部抗震辦主持召開了鑒定會(huì)，并開展5×5m雙水平向地震模擬振動(dòng)臺(tái)的研制工作。至此下馬風(fēng)才剎住。

（7）1983年蘭貴祿副所長(zhǎng)臨危出面組織地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)室建設(shè)的實(shí)施，他調(diào)動(dòng)了全所有關(guān)部門的力量，包括基建負(fù)責(zé)試驗(yàn)室的土建施工，土建設(shè)計(jì)組負(fù)責(zé)土建設(shè)計(jì)，大振動(dòng)臺(tái)研究室負(fù)責(zé)振動(dòng)臺(tái)設(shè)備的研制，整個(gè)工作走上了正規(guī)。基礎(chǔ)施工是個(gè)關(guān)鍵，調(diào)動(dòng)了一個(gè)連的部隊(duì)進(jìn)行晝夜連續(xù)作業(yè)施工。

（8）1984年胡聿賢任所長(zhǎng)，向地震局提出原DJS154計(jì)算機(jī)太落后，需要進(jìn)口振動(dòng)臺(tái)數(shù)字控制系統(tǒng)，地震局批準(zhǔn)了從美國(guó)MTS公司引進(jìn)。

（9）安裝、調(diào)試、試運(yùn)行和鑒定會(huì)

1）1984年下半年開始安裝和調(diào)試。

2）1986年開始進(jìn)行試運(yùn)行，進(jìn)行了幾個(gè)試驗(yàn)，性能指標(biāo)達(dá)到了研制指標(biāo)。

3）1988年在哈爾濱召開了5×5m地震模擬振動(dòng)臺(tái)的鑒定會(huì)。

4）獲得了建工部的科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

5×5m電液伺服地震模擬振動(dòng)臺(tái)是我國(guó)自行研制的最大的雙水平向振動(dòng)臺(tái)，是一個(gè)大的系統(tǒng)工程，所內(nèi)先后參與的人員有99人，是工程力學(xué)研究所的集體成果。1997年又改造為三向六自由度地震模擬振動(dòng)臺(tái)。

圖5 5×5m地震模擬振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)

作者系工力所研究員，曾任工力所副所長(zhǎng)