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500米口徑球面射電望遠鏡結構工程(FAST)

項目圖冊
  • 設計結束時(shí)間

    2013 年 03 月

  • 竣工時(shí)間

    2016 年 09 月

500m口徑球面射電望遠鏡(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,簡(jiǎn)稱(chēng)FAST)是國家重大科技工程,利用貴州平塘縣喀斯特地貌的洼坑作為望遠鏡臺址,建造世界最大單口徑射電望遠鏡。


FAST由主動(dòng)反射面系統、饋源支撐系統、測量與控制系統、接收機與終端四大部分構成。其中主動(dòng)反射面是一個(gè)口徑500米、半徑300米的球面,由主體支承結構、促動(dòng)器、背架結構和反射面板四部分組成。主動(dòng)變位是FAST反射面的最大特點(diǎn),通過(guò)主動(dòng)控制在觀(guān)測方向形成300m口徑瞬時(shí)拋物面以匯聚電磁波,觀(guān)測時(shí)拋物面隨著(zhù)所觀(guān)測天體移動(dòng)而在500m口徑球冠上移動(dòng),從而實(shí)現跟蹤觀(guān)測。


我司承擔了反射面系統主體支承結構的設計,包括索網(wǎng)、環(huán)梁和格構柱。


結構專(zhuān)業(yè)-設計特點(diǎn)

FAST反射面具有四大特點(diǎn)。一、尺度巨大,口徑500米、面積是美國望遠鏡的2.5倍。二、主動(dòng)變位,反射面在工作時(shí),能實(shí)時(shí)調整形態(tài),在觀(guān)測方向形成300米口徑瞬時(shí)拋物面以匯聚電磁波,這完全不同于美國固定反射面望遠鏡。三、超高精度,作為天文望遠鏡,精度需達到毫米級。四、邊界復雜,工程位于地質(zhì)、地貌復雜的喀斯特洼地。


基于上述特點(diǎn),望遠鏡的建造凸顯三大技術(shù)難題:1、適應復雜山區地形、具有主動(dòng)變位功能的超大型射電望遠鏡反射面支承系統;2、超大型復雜空間結構工程應滿(mǎn)足望遠鏡毫米級精度要求;3、復雜地形、地貌條件下超大型結構建造。


復雜結構研究院完成了FAST項目主動(dòng)反射面主體支承結構的設計工作。在完成設計的同時(shí),通過(guò)科技攻關(guān),取得以下創(chuàng )新性成果,解決了FAST主動(dòng)反射面主體支承結構設計、制造和安裝的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,為FAST建造提供了可靠的科學(xué)依據和技術(shù)保障。


1、提出適應山區復雜地形的圈梁支承形式和新型支座;

2、與天文臺、加工單位共同提出適應主動(dòng)變位的索網(wǎng)節點(diǎn);

3、提出索網(wǎng)形態(tài)分析的目標位形初應變補償法;

4、與天文臺共同提出高應力幅索網(wǎng)疲勞技術(shù)指標和加工制作要求;

5、提出基于敏感性分析的精度控制方法,從索網(wǎng)邊界、索長(cháng)、安裝三個(gè)方面實(shí)現索網(wǎng)滿(mǎn)足觀(guān)測精度要求;

6、提出一種適用于山地地形的“邊線(xiàn)延伸”建模方法;

7、進(jìn)行考慮山地地形的結構抗震分析,首次在大跨空間結構設計中采用;

8、構建全生命周期的BIM系統;

9、進(jìn)行反射面板連接機構布置的拓撲優(yōu)化,成果被天文臺采用;

10、進(jìn)行促動(dòng)器事故和過(guò)載分析分析,成果被天文臺用于促動(dòng)器定型;

11、進(jìn)行斷索分析,確保極端工況下的結構安全。


經(jīng)董石麟院士、聶建國院士等專(zhuān)家鑒定,項目成果達到國際領(lǐng)先水平。同時(shí)獲得2015年中國鋼結構協(xié)會(huì )科學(xué)技術(shù)獎唯一特等獎。


北京市建筑設計研究院股份有限公司通過(guò)FAST的工程創(chuàng )新與實(shí)踐,提升了中國工程建造和設備制造的水平,整合了產(chǎn)業(yè)鏈的上下游。FAST項目的研究成果也推廣應用于多項國家重點(diǎn)工程,經(jīng)濟社會(huì )效益顯著(zhù)。

設計總負責人:

設計總負責人:

朱忠義

項目經(jīng)理:

朱忠義


結構專(zhuān)業(yè)-負責人

朱忠義、張琳、王哲、劉飛、崔建華、李華峰、齊五輝、徐斌

北京市科學(xué)技術(shù)獎一等獎

中國鋼結構協(xié)會(huì )科學(xué)技術(shù)獎 特等獎

全國優(yōu)秀工程勘察設計行業(yè)獎優(yōu)秀建筑結構專(zhuān)業(yè)一等獎