Kombinacija tehnologije zemljanih sidara i mostova uvelike poboljšava seizmički učinak

Kombinacija tehnologije sidra za zemlju i mostova uvelike poboljšava seizmički učinak:

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

Kada dođe do potresne katastrofe, oštećenje mosta u potresnom području znači prekid linije spašavanja, što izravno otežava odvijanje operacija pomoći u katastrofama, povećava gubitke života i imovine te neizravne ekonomske gubitke i otežava oporavak. i obnova nakon katastrofe.

Kakvu će štetu potres prouzročiti na mostovima?

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

(1) Slom gornje konstrukcije: Fenomen padajućih greda uzrokovan kvarom potpornih spojnica ili kvarom donje konstrukcije često se javlja kod razornih potresa, od kojih se većina događa u smjeru mosta (odnosi se na smjer središnje osi mosta). most).

2) Oštećenje potpornih spojnica: Nosači mosta, dilatacijski spojevi, posmični klinovi, potporne spojnice itd. smatraju se slabim karikama u strukturnom sustavu mosta s relativno slabim seizmičkim svojstvima.

Oblik sloma nosača uglavnom se očituje kao pomak nosača, izvlačenje sidrenog vijka, smicanje, smicanje aktivnog nosača, te razaranje strukture samog nosača.

(3) Oštećenje upornjaka i stupa: Ako je stup stupa oštećen, sposobnost mosta da izdrži potrese bit će oslabljena i doći će do urušavanja.

Seizmičko oštećenje upornjaka je češće kod potresa, zbog gubitka nosivosti temelja i sl. izazvanog klizanjem upornjaka, oštećenjima od sudara između platforme i gornjeg ustroja te nagibom upornjaka.

Nova seizmička tehnologija mosta koja pruža izvrsne seizmičke performanse

Više od 1 milijun ljudi poginulo je u 1800 potresa magnitude 5 ili više zabilježenih na globalnoj razini od 2000. godine. Mostovi su najosjetljiviji dio prometne mreže kada potresi pogode, ometaju hitne intervencije, misije potrage i spašavanja i dostavu pomoći, povećavajući broj potencijalnih smrti.

Dok su inženjeri projektirali strukture koje mogu izdržati destruktivne prirodne sile kao što su ekstremni tajfuni, katastrofalni potresi poput potresa na Haitiju 2010. (više od 310000 smrtnih slučajeva) ili potresa Sveučilišta Tohoku 2011. u Japanu (više od 20,{ {5}} smrtnih slučajeva) ostaju izazov.

Kako bi se ublažili učinci tako velikog potresa, tim istraživača na Sveučilištu za tehnologiju u Sydneyu (UTS) razvio je aplikaciju koja koristi sidra u tlu kao primarni sustav seizmičke otpornosti kako bi u konačnici zaštitio mostove od katastrofalnih potresa.

Unatoč provedbi strogih kodova projektiranja diljem svijeta i tehnološkom napretku u seizmičkom projektiranju i strukturnoj zaštiti, potrebno je učiniti više kako bi se smanjila smrtnost i financijski gubici.

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

Izvanredni profesor Fatahi i njegov tim razvili su napredni trodimenzionalni računalni model koji može simulirati i procijeniti seizmičku otpornost usidrenih mostova koji su pretrpjeli najveći svjetski katastrofalni potres.

Njegovo istraživanje pokazalo je da kombiniranje tehnologije sidrenja u tlu s mostovima, upotreba višestrukih čeličnih niti visoke čvrstoće usidrenih u formaciju može pružiti izvrsne seizmičke performanse mosta. Poznato je da u slučaju konsolidacije stupnih greda, pomicanje gornjeg ustroja mosta ozbiljno oštećuje most, pa čak i dolazi do urušavanja nakon formiranja plastičnih zglobova u zakrivljenom području. Mostovi koji nisu konsolidirani rezultirat će padajućim gredama.

Druge vrste mostova, kao što su kosi mostovi, uzrokovat će rotaciju i odvajanje gornje konstrukcije mosta, uzrokujući da se gornja konstrukcija mosta odvoji od nosača i uzrokuje određena oštećenja upornjaka. Kao što se dogodilo u potresu u Čileu 2010. Osim toga, pomicanje gornje konstrukcije mosta dovest će do veće posmične sile i momenta savijanja donje konstrukcije mosta (uključujući stupove, temelje od pilota i potpore). To rezultira potrebom povećanja poprečnog presjeka odgovarajućeg mjesta kako bi se zadovoljile potrebe većih potresa.

Trenutno, inženjeri mostova koriste viskozne prigušivače, kabelske držače i skupe legure za pamćenje oblika kako bi smanjili seizmičko pomicanje gornjih konstrukcija mosta. Ovi sustavi ograničavaju pomak gornje konstrukcije prijenosom značajnih aksijalnih sila na stupove ili upornjake, što rezultira povećanim seizmičkim zahtjevima, geometrijom i troškovima.

Načelo dizajna nove konstrukcije o kojoj se raspravlja u ovom članku je učinkovito sidrenje gornje konstrukcije u tvrdom sloju tla iza upornjaka putem višestrukih sidara za tlo, a seizmička sila će se prenijeti na sloj tla kroz sustav sidra za tlo od čeličnih užadi, koji može učinkovito ograničiti klizanje gornje konstrukcije mosta naprijed-nazad

U "Izoliranoj segmentiranoj konzolnoj zaštiti mosta", objavljenoj u časopisu Soil Dynamics and Seismic Engineering, isti most i isti seizmički unos korišteni su za usporedbu učinaka ograničenja viskoznog prigušivača i ograničenja sidra u tlu.

Uspostavom složenog trodimenzionalnog numeričkog modela, ovaj rad sveobuhvatno razmatra međudjelovanje konstrukcije i tla, oblikovanje plastičnih zglobova i nelinearnost materijala. Nelinearna analiza vremenske povijesti mosta koristila je seizmičke signale iz potresa u Northridgeu 1994., potresa u San Fernandu 1971., potresa u Kobeu 1995. i potresa Chi-Chi 1999. Ovi seizmički signali prouzročili su veliku štetu strukturi.

Model temeljnog sidra uzima u obzir slobodnu duljinu i duljinu sidra sidra. Dio slobodne duljine simulira kabelska jedinica, a dio duljine sidra simulira se korištenjem složenijih veza kako bi se ilustrirala interakcija nelinearnog injektiranja s tlom. Klizno djelovanje tijela za injektiranje i formacije stijene simulira se pomoću nelinearne plastične opruge. Rezultati korišteni za ocjenu uključuju uzdužni pomak gornjeg ustroja i moment savijanja stupova.

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

Uz strukturne prednosti sidra za tlo, istraživači su također primijetili da je viskozni prigušivač u opasnosti od curenja silikonskog sadržaja, što bi moglo uzrokovati potpuni kvar viskoznog prigušivača. Stoga je komponentu potrebno redovito provjeravati.

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

U analizi faze izgradnje utvrđeno je da zemljano sidro ima dovoljnu krutost za suzbijanje seizmičkog utjecaja gornje konstrukcije mosta, uz zadržavanje vlastite fleksibilnosti, te neće biti problema oštećenja zbog stezanja. Zbog niskih početnih troškova izgradnje sidara za tlo, sustavi za držanje sidra za tlo vrlo su isplativi. Tehnologija sidrenja u tlu je lako dostupna i jeftina u usporedbi sa sustavima koji zahtijevaju specijaliziranu proizvodnju, kao što su viskozni prigušivači. Štoviše, zbog prisutnosti sustava za sidrenje, veličina poprečnog presjeka podkonstrukcije je znatno smanjena, trošak je značajno smanjen, a seizmička potražnja je smanjena. Slično tome, za razliku od viskoznih prigušivača, sustavi sidrenja u tlu ne zahtijevaju održavanje i ne zahtijevaju česte i stalne provjere kako bi održali svoju učinkovitost. Ove prednosti upućuju na to da se sustavi za sidrenje u tlu trebaju smatrati učinkovitim alatom za inženjere mostova diljem svijeta, posebno u zemljama pogođenim jakim potresima.

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