體育館運動地板及其結(jié)構(gòu)動力特性的研究進展

王瑋珺，倪冰乙，滕 莎，周宇昊，王 正

(南京林業(yè)大學材料科學與工程學院，江蘇 南京 210037)

隨著體育事業(yè)的不斷發(fā)展，體育館成為人們?nèi)粘＿\動生活中不可或缺的一部分。體育館運動地板是體育館中一個最基本的功能單元，其功能主要體現(xiàn)在運動、保護、技術三個方面，與地板的結(jié)構(gòu)密切相關。地板的結(jié)構(gòu)性能由地板的組成材料和整體的構(gòu)造方式?jīng)Q定，結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)劣在很大程度上決定了場館的競技種類和競技水平。結(jié)構(gòu)動力特性是指反應結(jié)構(gòu)本身所固有的振動特性，如自振頻率、阻尼比以及振型等，能有效表征結(jié)構(gòu)的性能。

1 國內(nèi)外對體育館運動地板的研究現(xiàn)狀

在國外，對于體育館運動地板的研究起步較早，如今已有完備的體系以及成熟的技術，而國內(nèi)對于運動地板的研究仍然處于發(fā)展階段。國內(nèi)對運動地板指標的檢測缺少具體有效的檢測方法，導致國內(nèi)生產(chǎn)使用的運動地板很難達到國外先進國家檢測標準。國內(nèi)外對于體育館運動地板的研究進程與發(fā)展情況差距較大，德國、丹麥、美國、意大利和奧地利及日本等國家對于體育館運動地板的研究起步較早，尤以德國為代表，其體育木地板的結(jié)構(gòu)制造技術和運動功能的研究， 以及產(chǎn)品技術標準、性能和功能檢測系統(tǒng)及裝備等處于世界領先地位[1-6]。

在運動地板的生物材料研究方面，2005年楊振乾等在運動地板的涂層研究中通過對有機硅與乳液聚合得到復合乳液共聚物進行粒度形貌分析與性能測定，發(fā)現(xiàn)以該材料為核心涂層材料可提高運動木地板的耐候性、防滑性和抗刮傷性等，提出通過調(diào)配成分中蠟質(zhì)分散體的量可實現(xiàn)對涂層靜摩擦系數(shù)的控制，且涂層的靜摩擦系數(shù)在DIN和ASTM標準中應保持在0.4～0.6之間[7]。2009年，王志勇等從運動地板的定義以及功能要求入手，分析了制造竹制運動地板的可行性，并經(jīng)過實驗研究，總結(jié)了竹制運動地板的優(yōu)劣性。通過研究竹材的力學性能發(fā)現(xiàn)竹材在撞擊時能夠起到一定的緩沖作用，肯定了竹制運動地板抗拉強度更為突出，具有質(zhì)量輕、彈性好、抗振性能較佳等優(yōu)點，并且能夠滿足運動地板對振動負荷吸收率及防滑耐磨等的要求[8]。2012年，郭林通過應用比較懸浮式拼裝運動地板和運動木地板，采用結(jié)合文獻分析訪談對比的方法進行材料分析，認為以前者為代表的地板材料將成為提升運動地板材料的發(fā)展趨勢[9]。2014年，王齊等采用正交試驗法，研究涂飾工藝對木質(zhì)體育地板表面滑動摩擦系數(shù)的影響。發(fā)現(xiàn)涂料種類對其有顯著影響，而漆涂飾次數(shù)和面板砂光次數(shù)則無顯著影響[10]。2017年，程耀瑜等通過分析地板瑕疵檢測的圖像處理算法，采用光度立體測量技術、圖像分割及形態(tài)學處理，研究了LC11 軟木地板和荔枝紋PVC運動地板，分析氙燈老化對塑格懸浮式拼裝運動地板性能的影響，表明同時利用多套測算方法能夠更加準確地檢測出地板瑕疵點的缺陷。若想對疵點檢測方法進行優(yōu)化，需要提升地板檢測系統(tǒng)的配置[11]。2018年，何小剛等通過對使用滿足HG/T3747.1-2011要求的不同種材料研制的高彈性橡膠地板進行試驗分析，得到了較合適的橡膠地板原料配比，提出橡膠表面花紋深度及粗糙程度與地板的高彈性、耐磨性等特征具有相關性的重要結(jié)論，并分析了高彈性橡膠地板的優(yōu)勢所在[12]。2020年，王宏棣等以運動員與體育木地板的相互作用關系為出發(fā)點，研究運動員運動生理生化指標與體育木地板運動功能的相關性，分析了運動地板材料并對運動員進行實際測試，探討應用運動生理生化指標橫向比較不同結(jié)構(gòu)型式體育木地板功能性的方法[13]。

2 國內(nèi)外對地板結(jié)構(gòu)動力特性的研究現(xiàn)狀

國內(nèi)對地板動力特性的研究相對較少，但近些年對不同地板動力特性的檢測方法以及各種檢測儀器的綜合運用不斷涌現(xiàn)，表明了國內(nèi)對地板動力特性的重視程度得到了提升，并且有更大的研究空間。

2008年，Mabon Lynne等提出并開發(fā)了一種振動評估系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用有限元法考慮由地板每個部位上的動態(tài)載荷引起的不同動態(tài)影響，從而生成響應的輪廓圖并確定關鍵區(qū)域，使得對完整地板的評估可以考慮建筑物在整個生命周期中使用的變化[14]。2011年，張建軍對研究體育館運動地板時應如何合理選取系統(tǒng)測試點進行測試分析，推測出相同場地不同區(qū)域地板的力學特性具有差異且與沖擊吸收等指標存在相關性，提出了參照檢測標準選取檢測點位在檢測活動中具有客觀代表性的主要結(jié)論，為科學精準地開展檢測活動提供了理論依據(jù)[15]。2014年，劉陽等對利用模態(tài)分析的結(jié)構(gòu)損傷檢測方法證明結(jié)構(gòu)的頻率變化可用來進行結(jié)構(gòu)損傷定性，目前安全性鑒定標準主要檢測構(gòu)件的變形、損傷、材料性能等參數(shù)，直接確定結(jié)構(gòu)的安全性，著重于分析構(gòu)件的動力特性[16]。2016年，熊磊等通過對PVC運動地板減振性以及發(fā)泡技術流程、機理進行理論分析，概述了運動地板減振性的重要作用。對不同發(fā)泡劑的分解情況與PVC數(shù)值的改性進行研究，得出振動吸收要求在運動地板上具有廣譜性的重要結(jié)論，并提出發(fā)泡技術是提升運動地板質(zhì)量的主要技術攻克方向[17]。2018年，Carels Patrick等為了提高地板噪聲隔離效率并減少運動地板對沖擊水平的依賴性，開發(fā)了一種新型地板。在不同的落錘能量水平下，完成了這一新型地板的實驗室和現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)其在一定落錘能級范圍內(nèi)顯著提高了結(jié)構(gòu)噪聲隔離的效率和減振性能[18]。2019年，柳旭等基于動力特性將木地板整個結(jié)構(gòu)假設成一個簡易的支梁系統(tǒng)，利用動力測試原理，對一棟古建筑木地板結(jié)構(gòu)的不同位置進行實際振動測試，確定具體損壞位置以達到排除隱患的目的，最后得到基于結(jié)構(gòu)損傷后的固有頻率變化和未損傷頻率結(jié)構(gòu)陣型及數(shù)據(jù)的測量方法，對梁部結(jié)構(gòu)直接識別能夠提高識別精度的結(jié)論[19]。2020年，奚震勇等基于對復旦大學體育館二層籃球訓練館與網(wǎng)球羽毛球訓練館大跨度樓蓋的分析，設定不同工況，采用動力時程法計算樓蓋豎向自振頻率，并根據(jù)振動加速度分析樓蓋振動舒適度，檢測二層樓板的自振頻率以及共振現(xiàn)象是否符合國家標準[20]。

3 存在的問題

企業(yè)在生產(chǎn)鋪裝體育館運動地板時對國家標準的執(zhí)行不夠嚴格，導致質(zhì)量不合格以及施工不當?shù)那闆r時有發(fā)生，且國內(nèi)生產(chǎn)專用體育館運動地板的企業(yè)較少，體系化的運動地板供應鏈較少，滿足不了國內(nèi)體育館建設的需求，體育界及地板制造業(yè)缺乏對地板參數(shù)的統(tǒng)一認知。

目前，我國在自主研發(fā)體育地板運動功能專業(yè)檢測設備方面進展較慢，對于動力特性研究的專業(yè)設備更是少之又少，雖然近年來運動地板材料性質(zhì)的專業(yè)研究增多，但對于運動地板動力特性進行的研究仍然有待提升。運動地板注重材料以及力學性能的研究，對材料的物理及力學性能也有很高的要求，這需要有對應的實驗環(huán)境支持，但現(xiàn)階段我國在這方面有待加強。

4 結(jié)束語

隨著運動健身事業(yè)的不斷發(fā)展，對運動場所要求不斷提高，因此體育館運動地板所用材料及其結(jié)構(gòu)動力特性的研究必不可少。對運動地板及其結(jié)構(gòu)動力特性的研究可以提高體育館運動地板的品質(zhì)，提升我國運動地板的優(yōu)化設計水平。