500米口徑球面射電望遠鏡被譽為‘中國天眼’，是具有我國自主知識產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。FAST口徑500m，面積約30個足球場大小，與被評為人類20世紀10大工程之首的美國300m望遠鏡相比，其綜合性能提高約10倍。FAST將在未來20~30年保持世界領先地位。

 

 

 

 

5月9日上午，在北京院召開了以“北京國企助力國家科技進步”為主題的FAST-BIAD設計媒體采訪會。北京市國資委副巡視員荀永利，市委宣傳部新聞處干部楊洋，市國資委宣傳工作處副處長郭盡輝、郭盛惠，宣傳工作處干部賈軍輝，北京市建筑設計研究院有限公司副總經理鄭實，BIAD復雜結構設計院院長、副總工程師苗啟松，BIAD復雜結構設計院副院長、FAST反射面主體支承結構設計負責人朱忠義及FAST設計團隊代表蒞臨本次采訪會。

 

 

 

 

 

《建筑結構》雜志社有幸參加了本次采訪會，深入了解了FAST項目的設計難點以及BIAD設計團隊是如何逐一解決的，下面將主要內容與大家一起分享。

 

 

 

 

FAST口徑500米、面積約為美國Arecibo望遠鏡的2.5倍，見下方對比圖。

 

 

反射面在尋源和跟蹤過程中，需實時調整形態(tài)，在觀測方向形成300米口徑瞬時拋物面以匯聚電磁波，是與美國Arecibo望遠鏡固定反射面根本的區(qū)別。

 

 

 

作為高精度天文儀器的重要組成系統(tǒng)，成型精度需達到毫米級。

位于地質、地貌復雜的喀斯特洼地，自然邊界條件可靠性較低。

 

 

 

 

 

 

 

FAST主動反射面主體支承結構由圈梁、格構柱和主動變位的索網組成。

 

 

500米口徑、可主動變位的索網系統(tǒng)

 

 

FAST索網結構的一些關鍵指標遠高于中外相關領域的規(guī)范要求，其直徑500m，采用短程線網格劃分，并采用間斷設計方式，即主索之間通過節(jié)點斷開。整個索網共6670根主索、2225個主索節(jié)點及下拉索。主索截面一共有16種規(guī)格，截面面積介于280~1319mm²之間。

 

由于場地條件限制，全部索網結構須在高空中進行拼裝。索網采取主動變位的獨特工作方式，即根據(jù)觀測天體的方位，利用促動器控制下拉索，在500m口徑反射面的不同區(qū)域形成直徑為300m的拋物面，以實現(xiàn)天體觀測。

 

 

 

 

 

（1）解決了復雜地形對支承結構的影響。支承圈梁的格構柱高度在3.15~54.265m之間變化，側向剛度有較大差異；設計了圈梁的滑動邊界，改善了基礎、圈梁和索網的受力性能，降低了索網疲勞應力幅，有效解決了復雜地形帶來的系列結構問題。

 

 

 

（2）發(fā)明了一種帶鏈桿單向滑動鉸支座。實現(xiàn)了理論邊界條件，消除了現(xiàn)有支座容易卡住的問題。

 

 

（1）提出適應FAST索網的形態(tài)分析方法。實現(xiàn)零狀態(tài)索網位形與球面初始態(tài)吻合；通過迭代調整下拉索初應變確定各拋物面形態(tài)；分析過程高效、簡潔、直觀。

 

 

 

（2）研究了主動變位的高應力幅索網疲勞技術指標。在FAST運行過程中，索網形成連續(xù)變化的拋物面，產生往復變位疲勞荷載，引起索網嚴重的疲勞問題；FAST索網應力幅高達459MPa，超過國內外規(guī)范200~250MPa的要求。

 

（3）合作發(fā)明了適應主動變位的輕量化索網節(jié)點。工廠制造精度高、現(xiàn)場安裝精度高，滿足高精度索網安裝；滿足高應力幅變位疲勞、鋼索轉角實時變化的要求，提高了索網疲勞性能。

 

 

 

 

（4）提出基于敏感性分析的精度控制方法。提高索網精度的關鍵措施包括：高精度邊界：基于均勻溫度場實測圈梁位形，實現(xiàn)索網邊界±10mm的高精度定位；高精度索長：提出恒溫、帶載制索方法，實現(xiàn)索力與索長的高精度閉合，索長誤差要求不大于1.0mm；高精度安裝：通過銷軸與關節(jié)軸承的過盈配合，消除鋼索安裝誤差。

 

 

FAST反射面、主索、下拉索

 

 

 

FAST主索節(jié)點盤

 

 

 

FAST饋源艙支撐塔

 

 

FAST下拉索、促動器、反射面

 

 

 

FAST圈梁、格構柱