在木材結(jié)構(gòu)沖擊載荷測(cè)試中，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院結(jié)構(gòu)工程研究所（IBK）選用奇石樂(lè)加速度計(jì)與力傳感器構(gòu)建完整測(cè)量鏈。研究團(tuán)隊(duì)在2021年至2023年間完成了逾百次擺錘沖擊測(cè)試，發(fā)現(xiàn)基于能量法與基于力法的測(cè)量結(jié)果存在顯著差異，這一發(fā)現(xiàn)或?qū)槲磥?lái)木結(jié)構(gòu)建筑規(guī)范的修訂提供關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。奇石樂(lè)傳感器的高頻響、緊湊設(shè)計(jì)與完整測(cè)量鏈解決方案，在極端短時(shí)沖擊工況下實(shí)現(xiàn)了高可靠性的數(shù)據(jù)采集，為研究方法的優(yōu)化升級(jí)提供了核心支持。

奇石樂(lè)9051C型壓電式力傳感器——設(shè)計(jì)緊湊、剛度極高、分辨率（閾值）極低，有兩個(gè)校準(zhǔn)量程，可通過(guò)單個(gè)電荷放大器實(shí)現(xiàn)數(shù)值求和

木結(jié)構(gòu)復(fù)興，認(rèn)知亟待更新

近年來(lái)，木結(jié)構(gòu)建筑再度興起。曾經(jīng)，木結(jié)構(gòu)因火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)被城市禁令拒之門外長(zhǎng)達(dá)數(shù)個(gè)世紀(jì)，但防火技術(shù)的進(jìn)步徹底改變了這一局面。更重要的是，每立方米木材可儲(chǔ)存約1噸二氧化碳，這使木結(jié)構(gòu)建筑在碳匯層面的巨大潛力受到關(guān)注。

然而，自19世紀(jì)以來(lái)，由于鋼材與鋼筋混凝土在建筑領(lǐng)域一直占據(jù)主導(dǎo)地位，人們對(duì)木材作為建筑材料的認(rèn)知相對(duì)滯后。盡管如此，木材用于住宅與宗教建筑的歷史已延續(xù)數(shù)百年，亞洲7至8世紀(jì)建造的木塔至今仍屹立不倒。如今，全球木結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展，歐洲（尤其是德語(yǔ)國(guó)家與斯堪的納維亞地區(qū)）已成為核心區(qū)域，擁有成熟的設(shè)計(jì)規(guī)范與產(chǎn)業(yè)鏈。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的結(jié)構(gòu)工程研究所木結(jié)構(gòu)團(tuán)隊(duì)，圍繞高層木結(jié)構(gòu)建筑、防火技術(shù)、木-混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等方向開展研究，其中部分項(xiàng)目與行業(yè)伙伴共同合作進(jìn)行。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院結(jié)構(gòu)工程研究所借助奇石樂(lè)傳感器技術(shù)開展木結(jié)構(gòu)沖擊載荷測(cè)試

從間接到直接，一次測(cè)量方法的升級(jí)

來(lái)自挪威的Alex Sixie Cao在攻讀博士期間專注于木材結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究：“研究的目的是深入了解建筑在遭遇意外極端載荷事件時(shí)的表現(xiàn)——比如事故、爆炸、材料老化、沖擊載荷等情況?！?/p>

2021年至2023年，團(tuán)隊(duì)在研究所結(jié)構(gòu)工程實(shí)驗(yàn)室完成了一系列膠合層壓木材（GLT）的沖擊載荷測(cè)試。實(shí)驗(yàn)室配備長(zhǎng)4.65米、重近3.5噸的大型擺錘沖擊錘及三點(diǎn)沖擊彎曲配置的木梁。

團(tuán)隊(duì)最初采用基于能量的方法，通過(guò)擺錘沖擊木梁過(guò)程中的動(dòng)能損失計(jì)算沖擊參數(shù)。擺錘配備了奇石樂(lè)的角度傳感器、高速攝像機(jī)及兩款不同的加速度計(jì)?！八鼈冞\(yùn)行得很好，但從理論層面看，我們并未獲得預(yù)期的全部數(shù)據(jù)?！盋ao回憶道，“因此我們決定增加奇石樂(lè)的力傳感器來(lái)直接測(cè)量沖擊力?！?/p>

這一轉(zhuǎn)變標(biāo)志著測(cè)試方法從間接推算走向直接測(cè)量——用實(shí)測(cè)的力的數(shù)據(jù)替代能量損失推算，從根本上提升了數(shù)據(jù)的可靠性與可解讀性。

蘇黎世聯(lián)邦理工沖擊載荷測(cè)試裝置——擺錘與三點(diǎn)沖擊彎曲配置的木梁，奇石樂(lè)力傳感器分別安裝于左右固定裝置處

緊湊·高頻·可靠，奇石樂(lè)測(cè)量鏈的核心優(yōu)勢(shì)

在與其他廠商產(chǎn)品的對(duì)比中，奇石樂(lè)的傳感器以體積小巧、頻率響應(yīng)高、測(cè)量方案更可靠的特點(diǎn)脫穎而出。團(tuán)隊(duì)最終選用了奇石樂(lè)的完整測(cè)量鏈解決方案。

奇石樂(lè)9051C型壓電式力傳感器可提供精準(zhǔn)的高動(dòng)態(tài)沖擊測(cè)量。 團(tuán)隊(duì)選用8個(gè)該型號(hào)傳感器，其高剛度特性能夠精準(zhǔn)測(cè)量高動(dòng)態(tài)變化的沖擊力。在測(cè)試裝置中，4個(gè)傳感器分別安裝在固定木梁的支撐系統(tǒng)左右兩側(cè)邊緣，以矩形布局安裝于平板下方，有效減少?gòu)澢?yīng)的影響。傳感器設(shè)計(jì)極為緊湊，具備極高的剛度和極低的閾值分辨率，擁有兩個(gè)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的測(cè)量量程，且可通過(guò)單個(gè)電荷放大器的虛擬通道功能輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)值累加。

沖擊測(cè)試中，四個(gè)奇石樂(lè)9051C型壓電式力傳感器在支撐系統(tǒng)兩側(cè)以矩形布局安裝于平板下方，用于固定木梁

測(cè)量系統(tǒng)還包括5167A型LabAmp實(shí)驗(yàn)室電荷放大器與DynoWare數(shù)據(jù)處理軟件，確保極端短時(shí)沖擊下的完整數(shù)據(jù)采集。由于沖擊持續(xù)時(shí)間僅約12毫秒、峰值載荷約350kN，電荷放大器每通道每秒10萬(wàn)次的高速數(shù)據(jù)采集速率至關(guān)重要。

同時(shí)，奇石樂(lè)的全程技術(shù)支持是項(xiàng)目順利推進(jìn)的重要保障。 Cao特別強(qiáng)調(diào)：“奇石樂(lè)在設(shè)備搭建中給予了極大幫助——他們預(yù)先安裝調(diào)試好傳感器，協(xié)助我們解決力測(cè)量的觸發(fā)問(wèn)題，并在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中提供支持?！辈恢褂谠O(shè)備的安裝調(diào)試，從實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)階段的選型建議，到實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中的數(shù)據(jù)采集優(yōu)化，再到后續(xù)的數(shù)據(jù)分析與解讀——奇石樂(lè)的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持與遠(yuǎn)程響應(yīng)貫穿始終。Cao對(duì)此評(píng)價(jià)道：“奇石樂(lè)的解決方案為研究成果增色不少——設(shè)備緊湊實(shí)用，對(duì)使用條件的要求也更為簡(jiǎn)易。我們對(duì)奇石樂(lè)的支持服務(wù)非常滿意！他們響應(yīng)迅速，每次解決問(wèn)題的方式都切實(shí)推動(dòng)了我們測(cè)試工作的順利開展。”

精準(zhǔn)測(cè)量，為規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)制定提供科學(xué)依據(jù)

2021年至2023年間，團(tuán)隊(duì)共完成逾百次沖擊載荷測(cè)試，涵蓋云杉、山毛櫸等不同木材種類，以及膠合層壓木材（GLT）、層壓?jiǎn)伟迥静模↙VL）等不同類型，還包括帶指接與不帶指接的木梁。

測(cè)試結(jié)果顯示，基于能量法與基于力法的測(cè)量結(jié)果存在顯著差異。目前加拿大渥太華大學(xué)基于爆炸載荷實(shí)驗(yàn)的木材動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)系數(shù)取值范圍為1.0至1.2，而蘇黎世聯(lián)邦理工的最新測(cè)試顯示：采用反作用力法得到的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)系數(shù)為2.1，采用能量法為3.0。

Cao指出：“深入研究這兩種方法的差異意義重大，只有這樣，在將研究成果納入木結(jié)構(gòu)建筑規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)前，才能基于堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)做出決策?！辈贿^(guò)，現(xiàn)階段將這些成果直接應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)還為時(shí)尚早，仍需更多研究來(lái)深入理解其原理。“我們的沖擊載荷測(cè)試工作進(jìn)展順利，未來(lái)肯定會(huì)繼續(xù)推進(jìn)，甚至可能將其作為一個(gè)獨(dú)立項(xiàng)目深入研究?！?/p>

奇石樂(lè)測(cè)量技術(shù)使蘇黎世聯(lián)邦理工的沖擊載荷測(cè)試能夠與加拿大渥太華大學(xué)的爆炸載荷測(cè)試進(jìn)行直接對(duì)比，為研究方法優(yōu)化提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這一研究方法的持續(xù)優(yōu)化，不僅有助于提升木結(jié)構(gòu)建筑的效率與強(qiáng)度，還有望在巖石防護(hù)欄、公路護(hù)欄等木質(zhì)防護(hù)結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)中發(fā)揮重要作用。