体育馆运动地板及其结构动力特性的研究进展

王玮珺，倪冰乙，滕 莎，周宇昊，王 正

(南京林业大学材料科学与工程学院，江苏 南京 210037)

随着体育事业的不断发展，体育馆成为人们日常运动生活中不可或缺的一部分。体育馆运动地板是体育馆中一个最基本的功能单元，其功能主要体现在运动、保护、技术三个方面，与地板的结构密切相关。地板的结构性能由地板的组成材料和整体的构造方式决定，结构性能的优劣在很大程度上决定了场馆的竞技种类和竞技水平。结构动力特性是指反应结构本身所固有的振动特性，如自振频率、阻尼比以及振型等，能有效表征结构的性能。

1 国内外对体育馆运动地板的研究现状

在国外，对于体育馆运动地板的研究起步较早，如今已有完备的体系以及成熟的技术，而国内对于运动地板的研究仍然处于发展阶段。国内对运动地板指标的检测缺少具体有效的检测方法，导致国内生产使用的运动地板很难达到国外先进国家检测标准。国内外对于体育馆运动地板的研究进程与发展情况差距较大，德国、丹麦、美国、意大利和奥地利及日本等国家对于体育馆运动地板的研究起步较早，尤以德国为代表，其体育木地板的结构制造技术和运动功能的研究， 以及产品技术标准、性能和功能检测系统及装备等处于世界领先地位[1-6]。

在运动地板的生物材料研究方面，2005年杨振乾等在运动地板的涂层研究中通过对有机硅与乳液聚合得到复合乳液共聚物进行粒度形貌分析与性能测定，发现以该材料为核心涂层材料可提高运动木地板的耐候性、防滑性和抗刮伤性等，提出通过调配成分中蜡质分散体的量可实现对涂层静摩擦系数的控制，且涂层的静摩擦系数在DIN和ASTM标准中应保持在0.4～0.6之间[7]。2009年，王志勇等从运动地板的定义以及功能要求入手，分析了制造竹制运动地板的可行性，并经过实验研究，总结了竹制运动地板的优劣性。通过研究竹材的力学性能发现竹材在撞击时能够起到一定的缓冲作用，肯定了竹制运动地板抗拉强度更为突出，具有质量轻、弹性好、抗振性能较佳等优点，并且能够满足运动地板对振动负荷吸收率及防滑耐磨等的要求[8]。2012年，郭林通过应用比较悬浮式拼装运动地板和运动木地板，采用结合文献分析访谈对比的方法进行材料分析，认为以前者为代表的地板材料将成为提升运动地板材料的发展趋势[9]。2014年，王齐等采用正交试验法，研究涂饰工艺对木质体育地板表面滑动摩擦系数的影响。发现涂料种类对其有显著影响，而漆涂饰次数和面板砂光次数则无显著影响[10]。2017年，程耀瑜等通过分析地板瑕疵检测的图像处理算法，采用光度立体测量技术、图像分割及形态学处理，研究了LC11 软木地板和荔枝纹PVC运动地板，分析氙灯老化对塑格悬浮式拼装运动地板性能的影响，表明同时利用多套测算方法能够更加准确地检测出地板瑕疵点的缺陷。若想对疵点检测方法进行优化，需要提升地板检测系统的配置[11]。2018年，何小刚等通过对使用满足HG/T3747.1-2011要求的不同种材料研制的高弹性橡胶地板进行试验分析，得到了较合适的橡胶地板原料配比，提出橡胶表面花纹深度及粗糙程度与地板的高弹性、耐磨性等特征具有相关性的重要结论，并分析了高弹性橡胶地板的优势所在[12]。2020年，王宏棣等以运动员与体育木地板的相互作用关系为出发点，研究运动员运动生理生化指标与体育木地板运动功能的相关性，分析了运动地板材料并对运动员进行实际测试，探讨应用运动生理生化指标横向比较不同结构型式体育木地板功能性的方法[13]。

2 国内外对地板结构动力特性的研究现状

国内对地板动力特性的研究相对较少，但近些年对不同地板动力特性的检测方法以及各种检测仪器的综合运用不断涌现，表明了国内对地板动力特性的重视程度得到了提升，并且有更大的研究空间。

2008年，Mabon Lynne等提出并开发了一种振动评估系统，该系统使用有限元法考虑由地板每个部位上的动态载荷引起的不同动态影响，从而生成响应的轮廓图并确定关键区域，使得对完整地板的评估可以考虑建筑物在整个生命周期中使用的变化[14]。2011年，张建军对研究体育馆运动地板时应如何合理选取系统测试点进行测试分析，推测出相同场地不同区域地板的力学特性具有差异且与冲击吸收等指标存在相关性，提出了参照检测标准选取检测点位在检测活动中具有客观代表性的主要结论，为科学精准地开展检测活动提供了理论依据[15]。2014年，刘阳等对利用模态分析的结构损伤检测方法证明结构的频率变化可用来进行结构损伤定性，目前安全性鉴定标准主要检测构件的变形、损伤、材料性能等参数，直接确定结构的安全性，着重于分析构件的动力特性[16]。2016年，熊磊等通过对PVC运动地板减振性以及发泡技术流程、机理进行理论分析，概述了运动地板减振性的重要作用。对不同发泡剂的分解情况与PVC数值的改性进行研究，得出振动吸收要求在运动地板上具有广谱性的重要结论，并提出发泡技术是提升运动地板质量的主要技术攻克方向[17]。2018年，Carels Patrick等为了提高地板噪声隔离效率并减少运动地板对冲击水平的依赖性，开发了一种新型地板。在不同的落锤能量水平下，完成了这一新型地板的实验室和现场测试，发现其在一定落锤能级范围内显著提高了结构噪声隔离的效率和减振性能[18]。2019年，柳旭等基于动力特性将木地板整个结构假设成一个简易的支梁系统，利用动力测试原理，对一栋古建筑木地板结构的不同位置进行实际振动测试，确定具体损坏位置以达到排除隐患的目的，最后得到基于结构损伤后的固有频率变化和未损伤频率结构阵型及数据的测量方法，对梁部结构直接识别能够提高识别精度的结论[19]。2020年，奚震勇等基于对复旦大学体育馆二层篮球训练馆与网球羽毛球训练馆大跨度楼盖的分析，设定不同工况，采用动力时程法计算楼盖竖向自振频率，并根据振动加速度分析楼盖振动舒适度，检测二层楼板的自振频率以及共振现象是否符合国家标准[20]。

3 存在的问题

企业在生产铺装体育馆运动地板时对国家标准的执行不够严格，导致质量不合格以及施工不当的情况时有发生，且国内生产专用体育馆运动地板的企业较少，体系化的运动地板供应链较少，满足不了国内体育馆建设的需求，体育界及地板制造业缺乏对地板参数的统一认知。

目前，我国在自主研发体育地板运动功能专业检测设备方面进展较慢，对于动力特性研究的专业设备更是少之又少，虽然近年来运动地板材料性质的专业研究增多，但对于运动地板动力特性进行的研究仍然有待提升。运动地板注重材料以及力学性能的研究，对材料的物理及力学性能也有很高的要求，这需要有对应的实验环境支持，但现阶段我国在这方面有待加强。

4 结束语

随着运动健身事业的不断发展，对运动场所要求不断提高，因此体育馆运动地板所用材料及其结构动力特性的研究必不可少。对运动地板及其结构动力特性的研究可以提高体育馆运动地板的品质，提升我国运动地板的优化设计水平。