Yer ankraj teknolojisi ve köprülerin kombinasyonu sismik etkiyi büyük ölçüde artırır

Yer ankraj teknolojisi ve köprülerin kombinasyonu sismik etkiyi büyük ölçüde artırır:

Depremler, ani olmaları ve yıkıcı güçleri nedeniyle tüm doğal afetler arasında ilk sırada yer almaktadır.

Deprem felaketi geldiğinde köprünün deprem bölgesinde hasar görmesi, afet yardım operasyonlarının ilerlemesini doğrudan engelleyen, can ve mal kayıplarını ve dolaylı ekonomik kayıpları artıran, afet sonrası toparlanma ve yeniden yapılanmaya zorluklar getiren can hattının kesilmesi anlamına gelmektedir.

Bir deprem köprülere ne gibi zararlar verir?

Deprem oluşumunun zamanı ve yeri tahmin edilemez ve kısa süreli ve şiddetli enerji salınımı özelliklerine sahiptir. Köprü deprem tehlikeleri temel olarak aşağıdaki dört yönü içerir:

(1) Üst yapı çarpışması: Destek konektörlerinin arızalanması veya alt yapıların arızalanmasından kaynaklanan düşen kirişler olgusu, çoğu zaman köprü yönünde meydana gelen yıkıcı depremlerde meydana gelir (köprünün merkez ekseninin yönüne atıfta bulunur).

2) Destek konektörlerinin hasarı: Köprü destekleri, genleşme derzleri, kesme anahtarları, destekleyici konektörler vb., Köprü yapısal sisteminde nispeten zayıf sismik performansa sahip zayıf bağlantılar olarak kabul edilir.

Desteğin arıza şekli esas olarak desteğin yer değiştirmesi, ankraj cıvatasının çekilmesi, kesme, aktif desteğin kesilmesi ve desteğin yapısının tahrip olması olarak kendini gösterir.

(3) Abutment ve iskele hasarı: İskele kolonunun hasar görmesi halinde köprünün depreme dayanma kabiliyeti zayıflar ve çökme meydana gelir.

Abutmentin sismik hasarı, abutment kayması, platform ile üst yapı arasındaki çarpışma hasarı ve abutment eğiminin neden olduğu temelin taşıma kapasitesinin kaybı vb. nedeniyle depremlerde daha yaygındır.

Mükemmel sismik performans sağlayan yeni bir köprü sismik teknolojisi

2000 yılından bu yana küresel olarak kaydedilen 5 veya daha büyük büyüklükteki 1.800 depremde 1 milyondan fazla insan öldü. Köprüler, depremler meydana geldiğinde, acil durum müdahalesini, arama kurtarma görevlerini ve yardımların ulaştırılmasını engelleyerek potansiyel ölümlerin sayısını artıran ulaşım ağının en savunmasız kısmıdır.

Mühendisler aşırı tayfunlar gibi yıkıcı doğal güçlere dayanabilecek yapılar tasarlarken, 2010 Haiti depremi (310.000'den fazla ölüm) veya Japonya'daki 2011 Tohoku Üniversitesi depremi (20.000'den fazla ölüm) gibi felaket depremleri bir zorluk olmaya devam ediyor.

Bu kadar büyük bir depremin etkilerini hafifletmek için, Sydney Teknoloji Üniversitesi'ndeki (UTS) bir araştırmacı ekibi, köprüleri yıkıcı depremlerden korumak için birincil sismik direnç sistemi olarak yer ankrajlarını kullanan bir uygulama geliştirdi.

Dünya çapında katı tasarım kodlarının uygulanmasına ve sismik tasarım ve yapısal korumadaki teknolojik gelişmelere rağmen, ölüm oranlarını ve finansal kayıpları azaltmak için daha fazla şey yapılması gerekmektedir.

Özellikle önemli olan, hızlı kentleşmenin Japonya ve Endonezya gibi sismik olarak aktif bölgelerde daha yüksek nüfus konsantrasyonları yaratması ve 2004 yılında meydana gelen bir depremin ardından ülkede 230.000 nüfusa sahip olmasıdır.

Doçent Fatahi ve ekibi, dünyanın en büyük felaket depremine maruz kalan demirli köprülerin sismik direncini simüle edebilen ve değerlendirebilen gelişmiş bir üç boyutlu bilgisayar modeli geliştirdi.

Araştırması, yer ankraj teknolojisini köprülerle birleştirerek, formasyona sabitlenmiş birden fazla yüksek mukavemetli çelik telin kullanılmasının mükemmel köprü sismik performansı sağlayabileceğini buldu. İskele kirişlerinin konsolidasyonu durumunda, köprünün üst yapısının hareketinin köprüye ciddi şekilde zarar verdiği ve hatta kavisli alanda plastik menteşelerin oluşmasından sonra çöktüğü iyi bilinmektedir. Konsolide edilmeyen köprüler kirişlerin düşmesine neden olur.

Eğimli köprüler gibi diğer köprü türleri, köprü üst yapısının dönmesini ve ayrılmasını sağlayarak köprü üst yapısının desteklerden kopmasına ve abutmente bir miktar zarar vermesine neden olacaktır. 2010 Şili depreminde olduğu gibi. Ek olarak, köprünün üst yapısının yer değiştirmesi, köprünün altyapısına (iskeleler, kazık temelleri ve destekler dahil) daha fazla kesme kuvveti ve bükülme momenti getirecektir. Bu, daha büyük depremlerin ihtiyaçlarını karşılamak için ilgili yerin kesitini arttırma ihtiyacına neden olur.

Şu anda, köprü mühendisleri köprü üstyapılarının sismik yer değiştirmesini azaltmak için viskoz damperler, kablo kısıtlamaları ve pahalı şekil bellek alaşımları kullanmaktadır. Bu sistemler, önemli eksenel kuvvetleri iskelelere veya dayanaklara aktararak üstyapının yer değiştirmesini sınırlar, bu da sismik gereksinimlerin, geometrinin ve maliyetlerin artmasına neden olur.

Bu makalede tartışılan yeni yapının tasarım prensibi, üstyapıyı birden fazla zemin ankrajı aracılığıyla abutmentin arkasındaki sert toprak tabakasına etkili bir şekilde sabitlemektir ve sismik kuvvet, köprü üst yapısının ileri geri kaymasını etkili bir şekilde sınırlayabilen çelik iplik zemini ankraj sistemi aracılığıyla toprak tabakasına iletilecektir.

Soil Dynamics and Seismic Engineering dergisinde yayınlanan "Isolated Segmented Cantilever Bridge Protection" da, viskoz damper kısıtlamalarının ve yer ankrajı kısıtlamalarının etkilerini karşılaştırmak için aynı köprü ve aynı sismik girdi kullanılmıştır.

Karmaşık bir üç boyutlu sayısal model oluşturarak, bu makale yapı ve toprak arasındaki etkileşimi, plastik menteşe oluşumunu ve malzeme doğrusal olmayanlığı kapsamlı bir şekilde ele almaktadır. Köprünün doğrusal olmayan zaman tarihi analizi, 1994 Northridge depremi, 1971 San Fernando depremi, 1995 Kobe depremi ve 1999 Chi-Chi depreminden sismik sinyaller kullandı. Bu sismik sinyaller yapıya büyük zarar vermiştir.

Topraklama ankrajı modeli, ankrajın serbest uzunluğunu ve ankraj uzunluğunu dikkate alır. Serbest uzunluktaki parça bir kablo ünitesi tarafından simüle edilir ve çapa uzunluğundaki parça, doğrusal olmayan derzlemenin toprakla etkileşimini göstermek için daha karmaşık bağlantılar kullanılarak simüle edilir. Derz dolgu gövdesinin ve kaya oluşumunun kayma hareketi, doğrusal olmayan bir plastik yay kullanılarak simüle edilir. Değerlendirme için kullanılan sonuçlar, üstyapının uzunlamasına yer değiştirmesini ve iskelelerin bükülme momentini içerir.

Sonuçlar, yer ankraj teknolojisini kullandıktan sonra, köprünün üst yapısının Northridge depreminde ve Kobe depreminde sırasıyla 105 mm ve 95 mm'lik uzunlamasına bir yer değiştirme oluşturduğunu göstermektedir. Buna karşılık, aynı deprem altında, viskoz damperler kullanan köprülerin uzunlamasına yer değiştirmesi sırasıyla 2019 mm ve 1600 mm idi. Ek olarak, Kobe sismik sinyali altında, viskozite damperi şeması köprünün bükülme direncinin% 90'ını kullanırken, yer ankraj şeması sadece% 10'unu kullandı.

Yer ankrajının yapısal avantajlarına ek olarak, araştırmacılar ayrıca viskoz damperin silikon içeriğini sızdırma riski altında olduğunu ve bunun da viskoz damperin tamamen arızalanmasına neden olabileceğini fark ettiler. Bu nedenle, bileşenin düzenli olarak kontrol edilmesi gerekir.

Yer ankrajının köprünün normal performansı üzerindeki etkisini test etmek için, büzülme, sürünme ve öngerilmeye bağlı etkiler de analiz edilmiştir. İnşaat aşaması analizi üç aşamayı dikkate alır: ilk inşaat aşaması, tamamlandıktan bir yıl sonra ve tamamlandıktan 30 yıl sonra.

İnşaat aşaması analizinde, zemin ankrajının köprü üstyapısının sismik etkisini bastırmak için yeterli sertliğe sahip olduğu, kendi esnekliğini koruduğu ve herhangi bir kısıtlama hasarı probleminin olmayacağı tespit edilmiştir. Zemin ankrajlarının düşük ilk inşaat maliyeti nedeniyle, zemin ankraj kısıtlama sistemleri oldukça uygun maliyetlidir. Yer ankrajı teknolojisi, viskoz amortisörler gibi özel üretim gerektiren sistemlere kıyasla kolayca temin edilebilir ve ucuzdur. Ayrıca, ankraj sisteminin varlığı nedeniyle, altyapının kesit boyutu büyük ölçüde azalır, maliyet önemli ölçüde azalır ve sismik talep azalır. Benzer şekilde, viskoz damperlerin aksine, toprak ankraj sistemleri bakım gerektirmez ve etkinliklerini korumak için sık ve sürekli kontroller gerektirmez. Bu faydalar, yer ankraj sistemlerinin, özellikle şiddetli depremlerden etkilenen ülkelerde, dünyadaki köprü mühendisleri için etkili bir araç olarak görülmesi gerektiğini göstermektedir.

UTS ekibi şu anda köprü üstyapısını sınırlamak için çapraz köprülerde yer ankrajlarının kullanılmasının etkinliğini değerlendirmek için yeni bir çalışma yürütmektedir. Araştırma ekibi, zemin ankrajını köprü üst yapısında bir açıyla yerleştirerek, köprü üstyapısının etkisinden kaynaklanan dönme açısının, zeminin ürettiği an tarafından önlenebileceğini buldu. Bu bulgular, deprem hasarına karşı savunmasız köprülerin sismik davranışını önemli ölçüde artırmak için kullanılabilecek güçlü bir araç olarak yer ankraj sistemlerinin konumunu daha da güçlendirecektir.