Kombinácia technológie pozemných kotiev a mostov výrazne zlepšuje seizmický efekt

Kombinácia technológie pozemných kotiev a mostov výrazne zlepšuje seizmický efekt:

Zemetrasenia sú na prvom mieste medzi všetkými prírodnými katastrofami kvôli ich náhlej a ničivej sile.

Keď príde katastrofa zemetrasenia, poškodenie mosta v oblasti zemetrasenia znamená prerušenie záchranného lana, ktoré priamo bráni pokroku v operáciách pomoci pri katastrofách, zvyšuje straty na životoch a majetku a nepriame hospodárske straty a prináša ťažkosti pri obnove a rekonštrukcii po katastrofe.

Aké škody spôsobí zemetrasenie na mostoch?

Čas a miesto výskytu zemetrasenia sú nepredvídateľné a majú vlastnosti krátkeho trvania a prudkého uvoľňovania energie. Nebezpečenstvo zemetrasenia na moste zahŕňa najmä tieto štyri aspekty:

(1) Havária nadstavby: Jav padajúcich nosníkov spôsobený zlyhaním nosných spojov alebo zlyhaním nosných konštrukcií sa často vyskytuje pri ničivých zemetraseniach, z ktorých väčšina sa vyskytuje v smere mosta (s odkazom na smer stredovej osi mosta).

2) Poškodenie nosných konektorov: Mostné podpery, dilatačné škáry, strižné kľúče, nosné konektory atď. sa považujú za slabé články v konštrukčnom systéme mosta s relatívne slabým seizmickým výkonom.

Poruchová forma podpery sa prejavuje hlavne posunom podpery, vytiahnutím kotevnej skrutky, strihaním, strihaním aktívnej podpery a zničením konštrukcie samotnej podpery.

(3) Poškodenie oporou a mólom: Ak je mólový stĺp poškodený, schopnosť mosta odolávať zemetraseniam bude oslabená a dôjde k zrúteniu.

Seizmické poškodenie opory je bežnejšie pri zemetraseniach v dôsledku straty únosnosti základu atď. spôsobenej sklzom oporného piliera, poškodením kolíziou medzi plošinou a nadstavbou a naklonením opory.

Nová mostová seizmická technológia, ktorá poskytuje vynikajúci seizmický výkon

Viac ako 1 milión ľudí zahynulo pri 1 800 zemetraseniach s magnitúdou 5 alebo vyššou, ktoré boli zaznamenané na celom svete od roku 2000. Mosty sú najzraniteľnejšou časťou dopravnej siete v prípade zemetrasení, ktoré bránia núdzovej reakcii, pátracím a záchranným misiám a poskytovaniu pomoci, čím sa zvyšuje počet potenciálnych úmrtí.

Zatiaľ čo inžinieri navrhli konštrukcie, ktoré dokážu odolať ničivým prírodným silám, ako sú extrémne tajfúny, katastrofické zemetrasenia, ako napríklad zemetrasenie na Haiti v roku 2010 (viac ako 310 000 úmrtí) alebo zemetrasenie na univerzite Tohoku v roku 2011 v Japonsku (viac ako 20 000 úmrtí), zostávajú výzvou.

Na zmiernenie účinkov takého veľkého zemetrasenia vyvinul tím výskumníkov z Technickej univerzity v Sydney (UTS) aplikáciu, ktorá používa pozemné kotvy ako primárny systém seizmického odporu na konečnú ochranu mostov pred katastrofickými zemetraseniami.

Napriek zavedeniu prísnych konštrukčných kódexov na celom svete a technologickému pokroku v oblasti seizmického projektovania a ochrany konštrukcií je potrebné urobiť viac pre zníženie úmrtnosti a finančných strát.

Mimoriadne dôležitá je skutočnosť, že rýchla urbanizácia vytvorila vyššie koncentrácie obyvateľstva v seizmicky aktívnych oblastiach, ako sú Japonsko a Indonézia, s zaznamenanou populáciou 230 000 v krajine po zemetrasení v roku 2004.

Docent Fatahi a jeho tím vyvinuli pokročilý trojrozmerný počítačový model, ktorý dokáže simulovať a posúdiť seizmickú odolnosť ukotvených mostov, ktoré utrpeli najväčšie katastrofické zemetrasenie na svete.

Jeho výskum zistil, že kombináciou technológie pozemných kotiev s mostami môže použitie viacerých vysokopevnostných oceľových prameňov ukotvených vo formácii poskytnúť vynikajúci seizmický výkon mosta. Je dobre známe, že v prípade upevnenia mólových nosníkov pohyb nadstavby mosta vážne poškodzuje most a dokonca sa zrúti po vytvorení plastových pántov v zakrivenej oblasti. Mosty, ktoré nie sú konsolidované, budú mať za následok padajúce nosníky.

Iné typy mostov, ako sú šikmé mosty, spôsobia rotáciu a oddelenie mostnej nadstavby, čo spôsobí odtrhnutie mostnej nadstavby od podpier a spôsobí určité poškodenie opory. Ako sa to stalo pri zemetrasení v Čile v roku 2010. Okrem toho posun nadstavby mosta prinesie väčšiu strižnú silu a ohybový moment do nosnej konštrukcie mosta (vrátane mól, pilotových základov a podpier). To má za následok potrebu zväčšiť prierez príslušného miesta, aby sa vyhovelo potrebám väčších zemetrasení.

V súčasnosti inžinieri mostov používajú viskózne tlmiče, káblové zadržiavacie zariadenia a nákladné tvarové pamäťové zliatiny na zníženie seizmického posunu mostných nadstavieb. Tieto systémy obmedzujú posun nadstavby prenosom značných axiálnych síl na móla alebo oporné piliere, čo vedie k zvýšeným seizmickým požiadavkám, geometrii a nákladom.

Konštrukčným princípom novej konštrukcie diskutovanej v tomto článku je efektívne ukotvenie nadstavby v tvrdej pôdnej vrstve za oporou cez viacero pozemných kotiev a seizmická sila sa prenesie na pôdnu vrstvu cez oceľový prameň pozemného kotvového systému, ktorý môže účinne obmedziť kĺzanie tam a späť mostnej nadstavby.

V "Izolovanej segmentovanej konzolovej ochrane mostov", publikovanej v časopise Soil Dynamics and Seismic Engineering, bol ten istý most a rovnaký seizmický vstup použitý na porovnanie účinkov viskóznych obmedzení tlmičov a obmedzení pozemnej kotvy.

Vytvorením komplexného trojrozmerného numerického modelu sa tento dokument komplexne zaoberá interakciou medzi štruktúrou a pôdou, tvorbou plastových pántov a nelinearitou materiálu. Nelineárna analýza časovej histórie mosta použila seizmické signály zo zemetrasenia v Northridge v roku 1994, zemetrasenia v San Fernando v roku 1971, zemetrasenia v Kobe v roku 1995 a zemetrasenia v Chi-Chi v roku 1999. Tieto seizmické signály spôsobili veľké škody na konštrukcii.

Model pozemnej kotvy zohľadňuje voľnú dĺžku a dĺžku kotvy kotvy. Časť s voľnou dĺžkou je simulovaná káblovou jednotkou a časť s dĺžkou kotvy sa simuluje pomocou zložitejších spojení na ilustráciu interakcie nelineárnej injektáže s pôdou. Klzné pôsobenie injektážneho telesa a skalného útvaru sa simuluje pomocou nelineárnej plastovej pružiny. Výsledky použité na vyhodnotenie zahŕňajú pozdĺžny posun nadstavby a ohybový moment mól.

Výsledky ukazujú, že po použití technológie pozemnej kotvy nadstavba mosta vytvorila pozdĺžny posun 105 mm a 95 mm pri zemetrasení v Northridge a zemetrasení v Kobe. Naproti tomu pri rovnakom zemetrasení bol pozdĺžny posun mostov pomocou viskóznych tlmičov 2019 mm a 1600 mm. Okrem toho, pod seizmickým signálom Kobe, schéma viskozity damperu použila 90% ohybového odporu mosta, zatiaľ čo schéma pozemnej kotvy používala iba 10%.

Okrem konštrukčných výhod zemnej kotvy si vedci tiež všimli, že viskózny tlmič bol vystavený riziku úniku silikónového obsahu, čo by mohlo spôsobiť úplné zlyhanie viskózneho tlmiča. Preto je potrebné komponent pravidelne kontrolovať.

S cieľom otestovať vplyv pozemnej kotvy na normálny výkon mostíka sa analyzovali aj účinky spôsobené zmršťovaním, plazením a predpätím. Analýza fázy výstavby berie do úvahy tri fázy: počiatočnú fázu výstavby, jeden rok po dokončení a 30 rokov po dokončení.

Pri analýze fázy výstavby sa zistilo, že zemná kotva má dostatočnú tuhosť na potlačenie seizmického nárazu mostnej nadstavby pri zachovaní vlastnej flexibility a nebude existovať problém s poškodením obmedzenia. Vzhľadom na nízke počiatočné konštrukčné náklady na pozemné kotvy sú zadržiavacie systémy pozemných kotiev vysoko nákladovo efektívne. Technológia pozemnej kotvy je ľahko dostupná a lacná v porovnaní so systémami, ktoré vyžadujú špecializovanú výrobu, ako sú viskózne tlmiče. Okrem toho sa v dôsledku prítomnosti kotviaceho systému výrazne znižuje veľkosť prierezu nosnej konštrukcie, výrazne sa znižujú náklady a znižuje sa seizmický dopyt. Podobne, na rozdiel od viskóznych tlmičov, pozemné kotvové systémy sú bezúdržbové a nevyžadujú časté a nepretržité kontroly, aby sa udržala ich účinnosť. Tieto výhody naznačujú, že systémy ukotvenia na zemi by sa mali považovať za účinný nástroj pre mostných inžinierov na celom svete, najmä v krajinách postihnutých silnými zemetraseniami.

Tím UTS v súčasnosti vykonáva novú štúdiu na posúdenie účinnosti použitia pozemných kotiev v diagonálnych mostoch na obmedzenie mostnej nadstavby. Výskumný tím zistil, že umiestnením pozemnej kotvy pod uhlom v mostnej nadstavbe môže byť uhol otáčania spôsobený nárazom mostnej nadstavby ovplyvnený momentom generovaným zemou. Tieto zistenia ďalej posilnia pozíciu pozemných kotviacich systémov ako výkonného nástroja, ktorý možno použiť na výrazné zlepšenie seizmického správania mostov, ktoré sú citlivé na škody spôsobené zemetrasením.