Zemes enkuru tehnoloģijas un tiltu kombinācija ievērojami uzlabo seismisko efektu

Zemes enkuru tehnoloģijas un tiltu kombinācija ievērojami uzlabo seismisko efektu:

Zemestrīces ir ierindotas pirmajā vietā starp visām dabas katastrofām to pēkšņuma un postošā spēka dēļ.

Kad notiek zemestrīces katastrofa, tilta bojājums zemestrīces zonā nozīmē dzīvības līnijas pārrāvumu, kas tieši kavē katastrofu seku likvidēšanas darbību gaitu, palielina cilvēku un īpašumu zaudējumus un netiešos ekonomiskos zaudējumus, kā arī apgrūtina atveseļošanos. un rekonstrukcija pēc katastrofas.

Kādus postījumus tiltiem nodarīs zemestrīce?

Zemestrīces rašanās laiks un vieta ir neparedzami, un tiem piemīt īslaicīgas un spēcīgas enerģijas izdalīšanās pazīmes. Tilta zemestrīces apdraudējumi galvenokārt ietver šādus četrus aspektus:

(1) Virsbūves avārija. Krītošu siju parādība, ko izraisa nesošo savienotāju atteice vai apakškonstrukciju atteice, bieži notiek postošās zemestrīcēs, no kurām lielākā daļa notiek tilta virzienā (attiecībā uz tilta centrālās ass virzienu). tilts).

2) Atbalsta savienotāju bojājumi: tilta balsti, izplešanās šuves, bīdes atslēgas, atbalsta savienotāji utt. tiek uzskatīti par vājiem tilta konstrukcijas sistēmas posmiem ar relatīvi vāju seismisko veiktspēju.

Balsta atteices forma galvenokārt izpaužas kā balsta pārvietošanās, enkura skrūves izvilkšana, nobīde, aktīvā balsta nobīde un paša balsta konstrukcijas iznīcināšana.

(3) Abatmenta un mola bojājumi: ja mola kolonna ir bojāta, tilta spēja izturēt zemestrīces tiks vājināta un notiks sabrukums.

Abatmenta seismiskie bojājumi biežāk sastopami zemestrīcēs, ko izraisa pamatu nestspējas zudums u.c., ko izraisa abatmenta slīdēšana, platformas un virsbūves sadursmes bojājumi un abatmenta sasvēršanās.

Jauna tilta seismiskā tehnoloģija, kas nodrošina izcilu seismisko veiktspēju

Vairāk nekā 1 miljons cilvēku ir gājuši bojā 1800 zemestrīcēs ar 5 vai lielāku magnitūdu, kas reģistrētas visā pasaulē kopš 2000. gada. Tilti ir visneaizsargātākā transporta tīkla daļa zemestrīču laikā, apgrūtinot reaģēšanu ārkārtas situācijās, meklēšanas un glābšanas misijas, kā arī palīdzības piegādi, palielinot iespējamo nāves gadījumu skaits.

Lai gan inženieri ir izstrādājuši konstrukcijas, kas spēj izturēt destruktīvus dabas spēkus, piemēram, ārkārtējus taifūnus, katastrofālas zemestrīces, piemēram, 2010. gada Haiti zemestrīci (vairāk nekā 310 nāves gadījumi) vai 2011. gada Tohoku universitātes zemestrīci Japānā (vairāk nekā 20,{). {5}} nāves gadījumi) joprojām ir izaicinājums.

Lai mazinātu tik lielas zemestrīces sekas, Sidnejas Tehnoloģiju universitātes (UTS) pētnieku komanda ir izstrādājusi lietojumprogrammu, kas izmanto zemes enkurus kā primāro seismiskās pretestības sistēmu, lai galu galā aizsargātu tiltus no katastrofālām zemestrīcēm.

Neskatoties uz stingru projektēšanas kodeksu ieviešanu visā pasaulē un tehnoloģiskajiem sasniegumiem seismiskajā projektēšanā un konstrukciju aizsardzībā, ir jādara vairāk, lai samazinātu mirstību un finansiālos zaudējumus.

Īpaši nozīmīgs ir fakts, ka straujā urbanizācija ir radījusi augstāku iedzīvotāju koncentrāciju seismiski aktīvās teritorijās, piemēram, Japānā un Indonēzijā, kur reģistrētais iedzīvotāju skaits valstī bija 230 000 pēc zemestrīces 2004. gadā.

Asociētais profesors Fatahi un viņa komanda ir izstrādājuši progresīvu trīsdimensiju datormodeli, kas var simulēt un novērtēt noenkurotu tiltu seismisko noturību, kas cieta pasaulē lielākajā katastrofālajā zemestrīcē.

Tās pētījumi atklāja, ka, apvienojot zemes enkuru tehnoloģiju ar tiltiem, vairāku augstas stiprības tērauda šķipsnu izmantošana, kas noenkurota veidojumā, var nodrošināt izcilu tilta seismisko veiktspēju. Ir labi zināms, ka piestātņu siju nostiprināšanas gadījumā tilta virsbūves kustība nopietni bojā tiltu un pat sabrūk pēc plastmasas eņģu veidošanās izliektajā zonā. Tilti, kas nav konsolidēti, radīs krītošus sijas.

Cita veida tilti, piemēram, slīpie tilti, radīs tilta virsbūves rotāciju un atdalīšanu, izraisot tilta virsbūves atdalīšanu no balstiem un radot nelielus bojājumus abatmentam. Kā tas notika 2010. gada Čīles zemestrīcē. Turklāt tilta virsbūves nobīde ienesīs lielāku bīdes spēku un lieces momentu tilta apakškonstrukcijā (ieskaitot balstus, pāļu pamatus un balstus). Tā rezultātā ir jāpalielina atbilstošās vietas šķērsgriezums, lai pielāgotos lielāku zemestrīču vajadzībām.

Pašlaik tiltu inženieri izmanto viskozus amortizatorus, kabeļu ierobežotājus un dārgus formas atmiņas sakausējumus, lai samazinātu tilta virsbūvju seismisko pārvietošanos. Šīs sistēmas ierobežo virsbūves pārvietošanos, pārnesot ievērojamus aksiālos spēkus uz balstiem vai balstiem, kā rezultātā palielinās seismiskās prasības, ģeometrija un izmaksas.

Šajā rakstā aplūkotās jaunās konstrukcijas projektēšanas princips ir efektīvi noenkurot virsbūvi cietajā augsnes slānī aiz abatmenta, izmantojot vairākus zemes enkurus, un seismiskais spēks tiks pārnests uz augsnes slāni caur tērauda šķipsnas zemējuma enkuru sistēmu, kas var efektīvi ierobežot tilta virsbūves slīdēšanu uz priekšu un atpakaļ

"Izolētā segmentētā konsoles tilta aizsardzība", kas publicēta žurnālā Soil Dynamics and Seismic Engineering, tika izmantots viens un tas pats tilts un tā pati seismiskā ievade, lai salīdzinātu viskozā slāpētāja ierobežojumu un zemes enkura ierobežojumu ietekmi.

Izveidojot sarežģītu trīsdimensiju skaitlisko modeli, šajā rakstā ir vispusīgi apskatīta struktūras un augsnes mijiedarbība, plastmasas eņģes veidošanās un materiāla nelinearitāte. Tilta nelineārajā laika vēstures analīzē tika izmantoti seismiski signāli no 1994. gada Northridge zemestrīces, 1971. gada Sanfernando zemestrīces, 1995. gada Kobes zemestrīces un 1999. gada Chi-Chi zemestrīces. Šie seismiskie signāli ir nodarījuši lielu kaitējumu struktūrai.

Zemes enkura modelī ir ņemts vērā enkura brīvais garums un enkura garums. Brīvā garuma daļa tiek simulēta ar kabeļa bloku, un enkura garuma daļa tiek simulēta, izmantojot sarežģītākus savienojumus, lai ilustrētu nelineārās šuves mijiedarbību ar augsni. Šuvju korpusa un iežu veidojuma slīdošā darbība tiek simulēta, izmantojot nelineāru plastmasas atsperi. Novērtēšanai izmantotie rezultāti ietver virsbūves garenvirziena nobīdi un balstu lieces momentu.

Rezultāti liecina, ka pēc zemes enkura tehnoloģijas izmantošanas tilta virsbūve radīja garenvirziena nobīdi attiecīgi 105 mm un 95 mm Nortridžas zemestrīcē un Kobes zemestrīcē. Turpretim tās pašas zemestrīces laikā tiltu garenvirziena nobīde, izmantojot viskozos slāpētājus, bija attiecīgi 2019 mm un 1600 mm. Turklāt saskaņā ar Kobes seismisko signālu viskozitātes slāpētāja shēma izmantoja 90 procentus no tilta lieces pretestības, bet zemējuma enkura shēma izmantoja tikai 10 procentus.

Papildus zemes enkura strukturālajām priekšrocībām pētnieki arī pamanīja, ka viskozā slāpētājā pastāv silikona satura noplūdes risks, kas var izraisīt viskozā slāpētāja pilnīgu atteici. Tāpēc komponents ir regulāri jāpārbauda.

Lai pārbaudītu zemes enkura ietekmi uz tilta normālu darbību, tika analizēta arī saraušanās, ložņu un priekšsprieguma ietekme. Būvniecības fāzes analīzē tiek ņemtas vērā trīs fāzes: sākotnējā būvniecības fāze, viens gads pēc pabeigšanas un 30 gadi pēc pabeigšanas.

Būvniecības fāzes analīzē tika konstatēts, ka zemes enkuram ir pietiekami daudz stingrības, lai nomāktu tilta virsbūves seismisko ietekmi, vienlaikus saglabājot savu elastību, un neradīsies ierobežojuma bojājumu problēma. Zemo enkuru sākotnējās būvniecības izmaksu dēļ zemējuma enkuru ierobežošanas sistēmas ir ļoti rentablas. Zemes enkuru tehnoloģija ir viegli pieejama un lēta salīdzinājumā ar sistēmām, kurām nepieciešama specializēta ražošana, piemēram, viskozajiem amortizatoriem. Turklāt enkurošanas sistēmas klātbūtnes dēļ ir ievērojami samazināts apakšbūves šķērsgriezuma izmērs, ievērojami samazinās izmaksas un samazinās seismiskais pieprasījums. Tāpat, atšķirībā no viskozajiem amortizatoriem, zemējuma enkuru sistēmām nav nepieciešama apkope un nav nepieciešamas biežas un pastāvīgas pārbaudes, lai saglabātu to efektivitāti. Šie ieguvumi liecina, ka zemes enkurošanas sistēmas ir jāuzskata par efektīvu instrumentu tiltu inženieriem visā pasaulē, jo īpaši valstīs, kuras skārušas smagas zemestrīces.

UTS komanda pašlaik veic jaunu pētījumu, lai novērtētu zemes enkuru izmantošanas efektivitāti diagonālajos tiltos, lai ierobežotu tilta virsbūvi. Pētnieku grupa atklāja, ka, novietojot zemes enkuru tilta virsbūvē leņķī, tilta virsbūves trieciena radīto griešanās leņķi var novērst ar zemes radīto momentu. Šie atklājumi vēl vairāk nostiprinās zemes enkurošanas sistēmu stāvokli kā spēcīgu instrumentu, ko var izmantot, lai ievērojami uzlabotu tiltu seismisko uzvedību, kas ir neaizsargāti pret zemestrīces bojājumiem.