Kombinacija tehnologije zemljanih sidara i mostova uvelike poboljšava seizmički učinak

Kombinacija tehnologije zemljanih sidara i mostova uvelike poboljšava seizmički učinak:

Potresi su na prvom mjestu među svim prirodnim katastrofama zbog svoje iznenadnosti i razorne moći.

Kada dođe do katastrofe potresa, oštećenje mosta u području potresa znači prekid linije spasa, što direktno ometa napredak operacija pomoći u katastrofama, povećava gubitak života i imovine i indirektne ekonomske gubitke, te otežava oporavak. i rekonstrukcija nakon katastrofe.

Kakvu će štetu nanijeti potres na mostovima?

Vrijeme i mjesto nastanka potresa su nepredvidivi, a imaju karakteristike kratkog trajanja i nasilnog oslobađanja energije. Opasnosti od zemljotresa na mostu uglavnom uključuju sljedeća četiri aspekta:

(1) Slom gornje konstrukcije: Fenomen pada greda uzrokovan kvarom nosećih konektora ili kvarom podkonstrukcije često se javlja u destruktivnim potresima, od kojih se većina događa u smjeru mosta (odnosi se na smjer središnje ose mosta). most).

2) Oštećenja potpornih spojnica: Oslonci mosta, dilatacije, posmični ključevi, potporni konektori, itd., smatraju se slabim karikama u konstruktivnom sistemu mosta s relativno slabim seizmičkim svojstvima.

Oblik loma oslonca se uglavnom manifestira kao pomicanje oslonca, izvlačenje anker vijka, smicanje, smicanje aktivnog oslonca i uništavanje strukture samog nosača.

(3) Oštećenje oslonca i stuba: Ako je stub stuba oštećen, sposobnost mosta da izdrži potrese će biti oslabljena i doći će do urušavanja.

Seizmička oštećenja upornjaka su češća u potresima, zbog gubitka nosivosti temelja i sl. uzrokovanog klizanjem upornjaka, oštećenjem od sudara platforme i gornjeg konstrukcije i nagibom upornjaka.

Nova seizmička tehnologija mosta koja pruža odlične seizmičke performanse

Više od milion ljudi poginulo je u 1.800 potresa magnitude 5 ili veće, zabilježenih u svijetu od 2000. godine. Mostovi su najranjiviji dio transportne mreže kada potresi pogode, ometajući hitne intervencije, misije potrage i spašavanja i isporuku pomoći, sve više broj potencijalnih smrtnih slučajeva.

Dok su inženjeri dizajnirali strukture koje mogu izdržati destruktivne prirodne sile kao što su ekstremni tajfuni, katastrofalni potresi kao što je potres na Haitiju 2010. (više od 310,000 smrtnih slučajeva) ili zemljotres Univerziteta Tohoku u Japanu 2011. (više od 20,{ {5}} smrtnih slučajeva) i dalje predstavlja izazov.

Kako bi ublažio efekte tako velikog potresa, tim istraživača sa Tehnološkog univerziteta u Sidneju (UTS) razvio je aplikaciju koja koristi sidra za tlo kao primarni sistem seizmičke otpornosti kako bi na kraju zaštitio mostove od katastrofalnih potresa.

Uprkos implementaciji strogih kodeksa za projektovanje širom sveta i tehnološkom napretku u seizmičkom projektovanju i zaštiti konstrukcija, potrebno je učiniti više da se smanji smrtnost i finansijski gubici.

Od posebne važnosti je činjenica da je brza urbanizacija stvorila veće koncentracije stanovništva u seizmički aktivnim područjima kao što su Japan i Indonezija, sa zabilježenim brojem stanovnika od 230,000 u zemlji nakon zemljotresa 2004. godine.

Vanredni profesor Fatahi i njegov tim razvili su napredni trodimenzionalni kompjuterski model koji može simulirati i procijeniti seizmičku otpornost usidrenih mostova koji su pretrpjeli najveći katastrofalni potres na svijetu.

Njegovo istraživanje je pokazalo da kombiniranjem tehnologije sidrenja na zemlji s mostovima, korištenje više čeličnih niti visoke čvrstoće usidrenih u formaciju može pružiti odlične seizmičke performanse mosta. Poznato je da u slučaju konsolidacije stubnih greda, pomicanje gornje konstrukcije mosta ozbiljno oštećuje most, pa čak i urušava nakon formiranja plastičnih šarki u zakrivljenom području. Mostovi koji nisu konsolidovani će dovesti do pada greda.

Druge vrste mostova, kao što su kosi mostovi, dovešće do rotacije i odvajanja gornje konstrukcije mosta, uzrokujući da se gornja konstrukcija mosta odvoji od oslonaca i prouzrokuje određena oštećenja upornjaka. Kao što se dogodilo u potresu u Čileu 2010. Osim toga, pomjeranje gornje konstrukcije mosta donijet će veću posmičnu silu i moment savijanja na podkonstrukciju mosta (uključujući stubove, temelje od šipova i oslonce). To rezultira potrebom povećanja poprečnog presjeka odgovarajuće lokacije kako bi se zadovoljile potrebe većih potresa.

Trenutno, inžinjeri mostova koriste viskozne amortizere, držače kablova i skupe legure sa memorijom oblika kako bi smanjili seizmičko pomicanje nadgradnje mosta. Ovi sustavi ograničavaju pomak gornje konstrukcije prijenosom značajnih aksijalnih sila na stupove ili upornice, što rezultira povećanim seizmičkim zahtjevima, geometrijom i troškovima.

Princip dizajna nove konstrukcije o kojoj se govori u ovom članku je efikasno usidrenje gornje konstrukcije u sloj tvrdog tla iza uporišta kroz više sidara za tlo, a seizmička sila će se prenijeti na sloj tla kroz sistem sidrenja od čelične žice, koji može efikasno ograničiti napred i nazad klizanje gornje konstrukcije mosta

U "Zaštiti izoliranog segmentnog konzolnog mosta", objavljenom u časopisu Soil Dynamics and Seismic Engineering, isti most i isti seizmički unos korišteni su za poređenje učinaka ograničenja viskoznih prigušivača i ograničenja sidrenog tla.

Uspostavljanjem složenog trodimenzionalnog numeričkog modela, ovaj rad na sveobuhvatan način razmatra interakciju između strukture i tla, formiranje plastičnih šarki i nelinearnost materijala. Nelinearna analiza vremenske istorije mosta koristila je seizmičke signale od potresa u Northridgeu 1994. godine, potresa u San Fernandou 1971. godine, potresa u Kobeu 1995. i potresa Chi-Chi 1999. godine. Ovi seizmički signali izazvali su veliku štetu na konstrukciji.

Model sidra za tlo uzima u obzir slobodnu dužinu i dužinu sidra. Dio slobodne dužine simuliran je kabelskom jedinicom, a dio dužine ankera simuliran je korištenjem složenijih veza kako bi se ilustrovala interakcija nelinearnog injektiranja s tlom. Klizno djelovanje tijela za injektiranje i formacije stijene simulirano je korištenjem nelinearne plastične opruge. Rezultati korišteni za procjenu uključuju uzdužni pomak gornje konstrukcije i moment savijanja stupova.

Rezultati pokazuju da je nakon korištenja tehnologije sidrenja na zemlji, gornja konstrukcija mosta generirala uzdužni pomak od 105 mm i 95 mm u potresu u Northridgeu i potresu u Kobeu. Nasuprot tome, pod istim zemljotresom, uzdužni pomak mostova koji koriste viskozne amortizere iznosio je 2019 mm, odnosno 1600 mm. Osim toga, pod seizmičkim signalom Kobe, shema prigušivača viskoznosti koristila je 90 posto otpora mosta na savijanje, dok je shema sidrenja na zemlji koristila samo 10 posto.

Osim strukturalnih prednosti sidra za tlo, istraživači su također primijetili da viskozni prigušivač ima rizik od curenja sadržaja silikona, što bi moglo dovesti do potpunog kvara viskoznog prigušivača. Stoga komponentu treba redovno provjeravati.

Kako bi se ispitao utjecaj sidra za tlo na normalne performanse mosta, također su analizirani učinci zbog skupljanja, puzanja i prednaprezanja. Analiza faze izgradnje razmatra tri faze: početnu fazu izgradnje, godinu dana nakon završetka i 30 godina nakon završetka.

Analizom faze izgradnje utvrđeno je da sidro za tlo ima dovoljnu krutost da potisne seizmički utjecaj gornje konstrukcije mosta, uz zadržavanje vlastite fleksibilnosti, te da neće biti problema s oštećenjem ograničenja. Zbog niskih početnih troškova izgradnje zemljanih sidara, sistemi za zadržavanje sidara za tlo su vrlo isplativi. Tehnologija sidrenja na zemlji je lako dostupna i jeftina u poređenju sa sistemima koji zahtevaju specijalizovanu proizvodnju, kao što su viskozni amortizeri. Osim toga, zbog prisustva sistema sidrenja, veličina poprečnog presjeka podkonstrukcije je značajno smanjena, troškovi su značajno smanjeni, a seizmička potražnja je smanjena. Slično tome, za razliku od viskoznih prigušivača, sistemi sidrenja na zemlji ne zahtijevaju održavanje i ne zahtijevaju česte i stalne provjere kako bi se održala njihova učinkovitost. Ove prednosti upućuju na to da sisteme sidrenja na zemlji treba posmatrati kao efikasno sredstvo za inženjere mostova širom svijeta, posebno u zemljama pogođenim teškim zemljotresima.

Tim UTS-a trenutno provodi novu studiju za procjenu učinkovitosti korištenja sidara za tlo u dijagonalnim mostovima za ograničavanje gornje konstrukcije mosta. Istraživački tim je otkrio da se postavljanjem sidra za tlo pod kutom u gornjoj konstrukciji mosta, kut rotacije uzrokovan udarom gornje konstrukcije mosta može suprotstaviti momentu koji stvara tlo. Ova otkrića dodatno će ojačati poziciju sistema sidrenja na tlu kao moćnog alata koji se može koristiti za značajno poboljšanje seizmičkog ponašanja mostova koji su osjetljivi na oštećenja od potresa.