השילוב של טכנולוגיית עוגן קרקע וגשרים משפר מאוד את האפקט הסייסמי

השילוב של טכנולוגיית עוגן קרקע וגשרים משפר מאוד את האפקט הסייסמי:

רעידות אדמה מדורגות במקום הראשון מבין כל אסונות הטבע בגלל פתאומיותן וכוחן ההרסני.

כאשר מגיע אסון רעידת האדמה, נזקי הגשר באזור רעידת האדמה משמעו הפסקת קו ההצלה, אשר מעכבת ישירות את התקדמות פעולות הסיוע באסון, מגדילה את אובדן החיים והרכוש וההפסדים הכלכליים העקיפים ומביאה קשיים להתאוששות. ושיקום לאחר האסון.

איזה נזק תגרום רעידת אדמה לגשרים?

הזמן והמקום של התרחשות רעידת אדמה אינם ניתנים לחיזוי, ויש להם מאפיינים של זמן קצר ושחרור אנרגיה אלים. סכנות רעידת אדמה בגשר כוללים בעיקר את ארבעת ההיבטים הבאים:

(1) התרסקות מבני על: תופעת נפילת קורות הנגרמת כתוצאה מכשל של מחברים תומכים או מכשל בתשתיות מתרחשת לרוב ברעידות אדמה הרסניות, שרובן מתרחשות בכיוון הגשר (הכוונה לכיוון הציר המרכזי של הגשר). לְגַשֵׁר).

2) נזק למחברי תמיכה: תומכי גשר, מפרקי התפשטות, מפתחות גזירה, מחברים תומכים וכו', נחשבים לחוליות חלשות במערכת מבנית הגשר עם ביצועים סייסמיים חלשים יחסית.

צורת הכשל של התומך מתבטאת בעיקר בעקירת התומך, הוצאת בריח העוגן, הגזירה, גזירת התמיכה הפעילה והרס מבנה התמיכה עצמו.

(3) פגיעה במיתחן ובמזח: אם עמוד המזח ייפגע, תיחלש יכולת הגשר לעמוד ברעידות אדמה ותתרחש קריסה.

הנזק הסייסמי של הרציף נפוץ יותר ברעידות אדמה, עקב אובדן כושר הנשיאה של התשתית וכד' הנגרם מהחלקת הניצב, נזקי התנגשות בין הרציף למבנה העל והטיית הניצב.

טכנולוגיית גשר סייסמית חדשה המספקת ביצועים סייסמיים מצוינים

יותר ממיליון בני אדם מתו ב-1,800 רעידות אדמה בעוצמה של 5 ומעלה שתועדו ברחבי העולם מאז שנת 2000. גשרים הם החלק הפגיע ביותר של רשת התחבורה כאשר רעידות אדמה מכה, פוגעות בתגובת חירום, במשימות חיפוש והצלה, ובמתן סיוע, הגובר. מספר מקרי המוות הפוטנציאליים.

בעוד שהמהנדסים תכננו מבנים שיכולים לעמוד בפני כוחות טבע הרסניים כגון סופות טייפון קיצוניות, רעידות אדמה קטסטרופליות כגון רעידת האדמה בהאיטי בשנת 2010 (יותר מ-310,000 הרוגים) או רעידת האדמה של אוניברסיטת טוהוקו ביפן בשנת 2011 (יותר מ-20,{ {5}} מקרי מוות) נותרו אתגר.

כדי למתן את ההשפעות של רעידת אדמה כה גדולה, צוות חוקרים מאוניברסיטת סידני הטכנולוגית (UTS) פיתח יישום המשתמש בעוגני קרקע כמערכת ההתנגדות הסייסמית העיקרית כדי להגן בסופו של דבר על גשרים מפני רעידות אדמה קטסטרופליות.

למרות היישום של קודי תכנון קפדניים ברחבי העולם וההתקדמות הטכנולוגית בתכנון סיסמי והגנה מבנית, צריך לעשות יותר כדי להפחית את התמותה וההפסדים הכספיים.

חשיבות מיוחדת היא העובדה שעיור מהיר יצר ריכוזי אוכלוסייה גבוהים יותר באזורים פעילים מבחינה סיסמית כמו יפן ואינדונזיה, עם אוכלוסייה של 230,000 במדינה לאחר רעידת אדמה ב-2004.

פרופסור חבר פתחי וצוותו פיתחו מודל ממוחשב תלת מימדי מתקדם שיכול לדמות ולהעריך את החוסן הסייסמי של גשרים מעוגנים שספגו את רעידת האדמה הקטסטרופלית הגדולה בעולם.

המחקר שלה מצא כי שילוב של טכנולוגיית עוגן קרקע עם גשרים, השימוש במספר גדילי פלדה בעלי חוזק גבוה המעוגנים במבנה יכול לספק ביצועים סייסמיים מצוינים של גשר. ידוע כי במקרה של איחוד קורות מזח, תנועת המבנה העלי של הגשר פוגעת קשות בגשר ואף קורסת לאחר היווצרות צירי פלסטיק באזור המעוקל. גשרים שאינם מאוחדים יגרמו לנפילת קורות.

סוגים אחרים של גשרים, כגון גשרים משופעים, ייצרו סיבוב והפרדה של מבנה העל הגשר, מה שיגרמו למבנה העלי של הגשר להתנתק מהתומכות ולגרום נזק מסוים לסמוך. כפי שקרה ברעידת האדמה בצ'ילה ב-2010. בנוסף, תזוזה של מבנה העל של הגשר תביא כוח גזירה ומומנט כיפוף גדול יותר לתשתית הגשר (כולל הרציפים, יסודות הכלונסאות והתומכים). כתוצאה מכך יש צורך להגדיל את החתך של המיקום המתאים כדי להתאים לצרכים של רעידות אדמה גדולות יותר.

נכון לעכשיו, מהנדסי גשרים משתמשים בבולמים צמיגים, מעצורי כבלים וסגסוגות יקרות של זיכרון צורות כדי להפחית תזוזה סיסמית של מבני גשר. מערכות אלו מגבילות את תזוזה של המבנה העלי על ידי העברת כוחות צירים ניכרים לרציפים או סמיכות, וכתוצאה מכך דרישות סיסמיות, גיאומטריה ועלויות מוגברות.

עקרון התכנון של המבנה החדש הנדון במאמר זה הוא עיגון יעיל של מבנה העל בשכבת האדמה הקשה מאחורי הרציף באמצעות עוגני קרקע מרובים, והכוח הסיסמי יועבר לשכבת הקרקע דרך מערכת עיגון הקרקע של גדילי הפלדה, אשר יכול להגביל ביעילות את ההחלקה קדימה ואחורה של מבנה העל הגשר

ב"Isolated Segmented Cantilever Bridge Protection", שפורסם בכתב העת Soil Dynamics and Seismic Engineering, נעשה שימוש באותו גשר ואותה קלט סיסמי כדי להשוות את ההשפעות של אילוצי מנחת צמיגים ומגבלות עוגן קרקע.

על ידי הקמת מודל מספרי תלת מימדי מורכב, מאמר זה בוחן באופן מקיף את האינטראקציה בין מבנה לאדמה, היווצרות צירים פלסטיים ואי-לינאריות של החומר. ניתוח היסטוריית הזמן הלא ליניארי של הגשר השתמש באותות סיסמיים מרעידת האדמה ב-Northridge ב-1994, רעידת האדמה בסן פרננדו ב-1971, רעידת האדמה בקובה ב-1995 ורעידת האדמה בצ'י-צ'י ב-1999. האותות הסיסמיים הללו גרמו נזק רב למבנה.

דגם העוגן הקרקעי לוקח בחשבון את האורך החופשי ואת אורך העוגן של העוגן. החלק באורך החופשי מדומה על ידי יחידת כבלים, והחלק באורך העוגן מדמה באמצעות חיבורים מורכבים יותר כדי להמחיש את האינטראקציה של דיוס לא ליניארי עם אדמה. פעולת ההחלקה של גוף הדיוס ותצורת הסלע מדומה באמצעות קפיץ פלסטיק לא ליניארי. התוצאות ששימשו להערכה כוללות את התזוזה האורכית של המבנה העלי ומומנט הכיפוף של המזחים.

התוצאות מראות כי לאחר שימוש בטכנולוגיית העוגן הקרקעי, מבנה העל של הגשר יצר תזוזה אורכית של 105 מ"מ ו-95 מ"מ ברעידת האדמה בנורת'רידג' וברעידת האדמה בקובה, בהתאמה. לעומת זאת, תחת אותה רעידת אדמה, התזוזה האורכית של גשרים באמצעות בולמים צמיגים הייתה 2019 מ"מ ו-1600 מ"מ, בהתאמה. בנוסף, תחת האות הסיסמי של קובה, שיטת מנחת הצמיגות השתמשה ב-90 אחוזים מהתנגדות הכיפוף של הגשר, בעוד שתכנית העיגון הקרקע השתמשה רק ב-10 אחוזים.

בנוסף ליתרונות המבניים של עוגן הקרקע, הבחינו החוקרים גם שהבולם הצמיג נמצא בסיכון לדליפה של תכולת סיליקון, מה שעלול לגרום למבול הצמיג להיכשל לחלוטין. לכן, יש לבדוק את הרכיב באופן קבוע.

על מנת לבחון את השפעת עוגן הקרקע על הביצועים הרגילים של הגשר, נותחו גם ההשפעות כתוצאה מהתכווצות, זחילה ולחץ. ניתוח שלבי הבנייה מתייחס לשלושה שלבים: שלב הבנייה הראשוני, שנה לאחר סיומו ו-30 שנה לאחר השלמתו.

בניתוח שלב הבנייה, נמצא כי לעוגן הקרקעי יש קשיחות מספקת כדי לדכא את ההשפעה הסייסמית של מבנה העל הגשר, תוך שמירה על גמישות משלו, ולא תהיה בעיית נזקי אילוץ. בשל עלות הבנייה הראשונית הנמוכה של עוגני קרקע, מערכות ריסון עוגן קרקע חסכוניות ביותר. טכנולוגיית עוגן הקרקע זמינה וזולה בהשוואה למערכות הדורשות ייצור מיוחד, כגון בולמים צמיגים. יתרה מכך, בשל נוכחות מערכת העיגון, גודל החתך של התשתית מצטמצם מאוד, העלות מופחתת באופן משמעותי והביקוש הסייסמי מצטמצם. באופן דומה, בניגוד לבולמים צמיגים, מערכות עיגון קרקע הינן נטולות תחזוקה ואינן דורשות בדיקות תכופות ורציפות כדי לשמור על יעילותן. יתרונות אלו מצביעים על כך שיש לראות במערכות עיגון קרקעיות כלי יעיל עבור מהנדסי גשרים ברחבי העולם, במיוחד במדינות שנפגעו ברעידות אדמה קשות.

צוות UTS עורך כעת מחקר חדש להערכת האפקטיביות של שימוש בעוגני קרקע בגשרים אלכסוניים כדי להגביל את מבנה הגשר. צוות המחקר מצא כי על ידי הצבת עוגן הקרקע בזווית במבנה העל של הגשר, ניתן לנטרל את זווית הסיבוב הנגרמת מפגיעת מבנה הגשר על ידי הרגע שנוצר על ידי הקרקע. ממצאים אלו יחזקו עוד יותר את מיקומן של מערכות עיגון קרקע ככלי רב עוצמה שניתן להשתמש בו כדי לשפר משמעותית את ההתנהגות הסייסמית של גשרים הפגיעים לנזקי רעידות אדמה.