Kombinacija tehnologije talnih sider in mostov močno izboljša seizmični učinek

Kombinacija tehnologije talnih sider in mostov močno izboljša seizmični učinek:

Potresi so zaradi svoje nenadnosti in rušilne moči na prvem mestu med vsemi naravnimi nesrečami.

Ko pride do potresne nesreče, poškodba mostu na potresnem območju pomeni prekinitev reševalne linije, kar neposredno ovira potek reševalnih akcij, povečuje izgubo življenj in premoženja ter posredno gospodarsko škodo in prinaša težave pri okrevanju. in obnova po nesreči.

Kakšno škodo bo potres povzročil na mostovih?

Čas in kraj nastanka potresa sta nepredvidljiva, imata značilnosti kratkotrajnosti in silovitega sproščanja energije. Nevarnosti potresa na mostu vključujejo predvsem naslednje štiri vidike:

(1) Zrušitev zgornje konstrukcije: Pojav padajočih nosilcev, ki nastane zaradi odpovedi nosilnih konektorjev ali odpovedi podkonstrukcije, se pogosto pojavi pri rušilnih potresih, ki se večinoma zgodijo v smeri mostu (nanašajoč se na smer centralne osi mostu). most).

2) Poškodba podpornih konektorjev: Mostni nosilci, dilatacijski spoji, strižni ključi, podporni konektorji itd. veljajo za šibke člene v konstrukcijskem sistemu mostu z relativno nizko potresno odpornostjo.

Oblika porušitve nosilca se kaže predvsem kot premik nosilca, izvlečenje sidrnega vijaka, striženje, pretrganje aktivnega nosilca in uničenje same konstrukcije nosilca.

(3) Poškodba stebra in stebra: Če je steber stebra poškodovan, bo sposobnost mostu, da prenese potrese, oslabljena in prišlo bo do zrušitve.

Potresna poškodba opornika je pogostejša pri potresih, zaradi izgube nosilnosti temelja ipd., ki nastane zaradi zdrsa opornika, poškodb pri trku med ploščadjo in zgornjim ustrojem ter nagiba opornika.

Nova potresna tehnologija mostov, ki zagotavlja odlično potresno učinkovitost

Več kot 1 milijon ljudi je umrlo v 1800 potresih z magnitudo 5 ali več, ki so bili zabeleženi po vsem svetu od leta 2000. Mostovi so najbolj ranljiv del prometnega omrežja, ko prizadenejo potresi, ovirajo ukrepanje v sili, iskanje in reševanje ter dostavo pomoči, število možnih smrti.

Medtem ko so inženirji oblikovali strukture, ki lahko prenesejo uničujoče naravne sile, kot so ekstremni tajfuni, katastrofalne potrese, kot je potres na Haitiju leta 2010 (več kot 310000 smrti) ali potres leta 2011 na univerzi Tohoku na Japonskem (več kot 20{2}} {5}} smrti) ostaja izziv.

Da bi ublažili posledice tako velikega potresa, je skupina raziskovalcev na Univerzi za tehnologijo v Sydneyju (UTS) razvila aplikacijo, ki uporablja talna sidra kot primarni sistem seizmične odpornosti za končno zaščito mostov pred katastrofalnimi potresi.

Kljub izvajanju strogih kodeksov načrtovanja po vsem svetu in tehnološkemu napredku v potresnem načrtovanju in strukturni zaščiti je treba storiti več za zmanjšanje smrtnosti in finančnih izgub.

Posebej pomembno je dejstvo, da je hitra urbanizacija povzročila višje koncentracije prebivalstva na potresno aktivnih območjih, kot sta Japonska in Indonezija, kjer je po potresu leta 2004 v državi zabeleženih 230 prebivalcev000.

Izredni profesor Fatahi in njegova ekipa so razvili napreden tridimenzionalni računalniški model, ki lahko simulira in oceni potresno odpornost zasidranih mostov, ki so utrpeli največji katastrofalni potres na svetu.

Njena raziskava je pokazala, da lahko kombinacija tehnologije zemeljskega sidra z mostovi, uporaba več jeklenih pramenov visoke trdnosti, zasidranih v formacijo, zagotovi odlično seizmično učinkovitost mostu. Znano je, da v primeru utrjevanja stebrnih nosilcev premik zgornje konstrukcije mostu močno poškoduje most in se po oblikovanju plastičnih tečajev v zakrivljenem območju celo poruši. Mostovi, ki niso utrjeni, bodo povzročili padajoče tramove.

Druge vrste mostov, kot so nagnjeni mostovi, bodo povzročile vrtenje in ločitev zgornje konstrukcije mostu, zaradi česar se bo zgornja konstrukcija mostu odtrgala od nosilcev in povzročila nekaj poškodb na oporniku. Kot se je zgodilo v potresu v Čilu leta 2010. Poleg tega bo premik zgornje konstrukcije mostu povzročil večjo strižno silo in upogibni moment na spodnji konstrukciji mostu (vključno s stebri, pilotnimi temelji in podporami). Posledica tega je potreba po povečanju preseka ustrezne lokacije za prilagoditev potrebam večjih potresov.

Trenutno inženirji mostov uporabljajo viskozne dušilce, omejitve kablov in drage zlitine s spominom oblike, da zmanjšajo potresne premike nadgradnje mostu. Ti sistemi omejujejo premik zgornje konstrukcije s prenosom znatnih aksialnih sil na stebre ali opornike, kar povzroči povečane seizmične zahteve, geometrijo in stroške.

Načelo zasnove nove konstrukcije, obravnavane v tem članku, je učinkovito sidranje zgornje konstrukcije v trdo plast tal za opornikom z več zemeljskimi sidri, potresna sila pa se bo prenašala na plast tal prek sistema zemeljskega sidra iz jeklenih pramenov, ki lahko učinkovito omeji drsenje zgornje konstrukcije mostu naprej in nazaj

V "Isolated Segmented Cantilever Bridge Protection", objavljenem v reviji Soil Dynamics and Seismic Engineering, sta bila za primerjavo učinkov omejitev viskoznega blažilnika in omejitev talnega sidra uporabljena isti most in isti potresni vnos.

Z vzpostavitvijo kompleksnega tridimenzionalnega numeričnega modela ta dokument celovito obravnava interakcijo med strukturo in tlemi, tvorbo plastičnih tečajev in materialno nelinearnost. Nelinearna analiza časovne zgodovine mostu je uporabila seizmične signale potresa v Northridgeu leta 1994, potresa San Fernando leta 1971, potresa Kobe leta 1995 in potresa Chi-Chi leta 1999. Ti potresni signali so povzročili veliko škodo na strukturi.

Model talnega sidra upošteva prosto dolžino in dolžino sidra sidra. Del proste dolžine je simuliran s kabelsko enoto, del dolžine sidra pa je simuliran z uporabo kompleksnejših povezav za ponazoritev interakcije nelinearnega injektiranja s tlemi. Drsno delovanje injektirnega telesa in skalne tvorbe je simulirano z uporabo nelinearne plastične vzmeti. Rezultati, uporabljeni za vrednotenje, vključujejo vzdolžni pomik zgornje konstrukcije in upogibni moment stebrov.

Rezultati kažejo, da je po uporabi tehnologije zemeljskega sidra superstruktura mostu povzročila vzdolžni premik 105 mm oziroma 95 mm v potresu v Northridgeu in potresu v Kobeju. V nasprotju s tem je bil pod istim potresom vzdolžni premik mostov, ki uporabljajo viskozne dušilce, 2019 mm oziroma 1600 mm. Poleg tega je pod seizmičnim signalom Kobe shema blažilnika viskoznosti uporabila 90 odstotkov upogibne odpornosti mostu, medtem ko je shema talnega sidra uporabila le 10 odstotkov.

Poleg strukturnih prednosti zemeljskega sidra so raziskovalci opazili tudi, da obstaja nevarnost puščanja silikonske vsebine viskoznega dušilnika, kar bi lahko povzročilo popolno odpoved viskoznega dušilnika. Zato je treba komponento redno preverjati.

Da bi preizkusili vpliv talnega sidra na normalno delovanje mostu, so bili analizirani tudi učinki zaradi krčenja, lezenja in prednapetosti. Analiza faze gradnje upošteva tri faze: začetno fazo gradnje, eno leto po zaključku in 30 let po zaključku.

V analizi faze gradnje je bilo ugotovljeno, da ima talno sidro dovolj togost, da zmanjša potresni vpliv zgornje konstrukcije mostu, hkrati pa ohrani lastno prožnost, in ne bo težav s poškodbami zaradi omejitev. Zaradi nizkih začetnih stroškov gradnje talnih sider so zadrževalni sistemi talnih sider zelo stroškovno učinkoviti. Tehnologija zemeljskega sidra je na voljo in poceni v primerjavi s sistemi, ki zahtevajo specializirano proizvodnjo, kot so viskozni dušilci. Poleg tega se zaradi prisotnosti sidrnega sistema velikost prečnega prereza podkonstrukcije močno zmanjša, stroški se bistveno zmanjšajo, potresna zahteva pa se zmanjša. Podobno, v nasprotju z viskoznimi blažilniki, sistemi talnih sider ne zahtevajo vzdrževanja in ne zahtevajo pogostih in stalnih pregledov za ohranitev njihove učinkovitosti. Te prednosti nakazujejo, da je treba sisteme za sidranje v tleh obravnavati kot učinkovito orodje za inženirje mostov po vsem svetu, zlasti v državah, ki so jih prizadeli hudi potresi.

Ekipa UTS trenutno izvaja novo študijo za oceno učinkovitosti uporabe talnih sider v diagonalnih mostovih za omejitev nadgradnje mostu. Raziskovalna skupina je ugotovila, da lahko z namestitvijo talnega sidra pod kotom v zgornjo konstrukcijo mostu kot zasuka, ki ga povzroči udarec zgornje konstrukcije mostu, prepreči moment, ki ga ustvarijo tla. Te ugotovitve bodo dodatno okrepile položaj talnih sidrnih sistemov kot močnega orodja, ki ga je mogoče uporabiti za znatno izboljšanje potresnega obnašanja mostov, ki so občutljivi na potresne poškodbe.