ترکیبی از فناوری لنگر زمینی و پل ها اثر لرزه ای را تا حد زیادی بهبود می بخشد

ترکیبی از فناوری لنگر زمینی و پل ها اثر لرزه ای را تا حد زیادی بهبود می بخشد:

زمین لرزه ها به دلیل ناگهانی بودن و قدرت مخربی که دارند در بین تمام بلایای طبیعی رتبه اول را دارند.

در هنگام وقوع فاجعه زلزله، آسیب پل در منطقه زلزله به معنای قطع شدن خطوط حیاتی است که مستقیماً مانع از پیشرفت عملیات امدادی بلایا می شود، خسارات جانی و مالی و خسارات غیرمستقیم اقتصادی را افزایش می دهد و بهبود را با مشکل مواجه می کند. و بازسازی پس از فاجعه

زلزله چه آسیب هایی به پل ها وارد می کند؟

زمان و مکان وقوع زلزله غیرقابل پیش‌بینی بوده و از ویژگی‌های کوتاه مدت و انتشار شدید انرژی است. خطرات زلزله پل عمدتاً شامل چهار جنبه زیر است:

(1) سقوط روبنا: پدیده سقوط تیرهای ناشی از خرابی اتصالات نگهدارنده یا خرابی زیرسازی اغلب در زمین لرزه های مخرب رخ می دهد که بیشتر آنها در جهت پل رخ می دهد (اشاره به جهت محور مرکزی پل. پل).

2) آسیب اتصال دهنده های تکیه گاه: تکیه گاه های پل، درزهای انبساط، کلیدهای برشی، کانکتورهای نگهدارنده و ... از حلقه های ضعیف در سیستم سازه ای پل با عملکرد لرزه ای نسبتاً ضعیف محسوب می شوند.

شکل شکست تکیه گاه عمدتاً به صورت جابجایی تکیه گاه، بیرون کشیدن لنگر بولت، برش، برش تکیه گاه فعال و تخریب ساختار خود تکیه گاه آشکار می شود.

(3) آسیب تکیه گاه و پایه: اگر ستون پایه آسیب ببیند، توانایی پل برای مقاومت در برابر زلزله ضعیف شده و ریزش اتفاق می افتد.

آسیب لرزه ای تکیه گاه به دلیل از بین رفتن ظرفیت باربری فونداسیون و ... ناشی از لغزش تکیه گاه، آسیب برخورد بین سکو و روسازه و کج شدن تکیه گاه بیشتر در زلزله دیده می شود.

فناوری لرزه نگاری پل جدید که عملکرد لرزه ای عالی را ارائه می دهد

از سال 2000 تاکنون بیش از 1 میلیون نفر در 1800 زمین لرزه با بزرگی 5 ریشتر یا بیشتر در سطح جهان جان خود را از دست داده اند. پل ها آسیب پذیرترین بخش شبکه حمل و نقل در هنگام وقوع زمین لرزه هستند که مانع واکنش اضطراری، ماموریت های جستجو و نجات و ارسال کمک می شوند و افزایش می یابد. تعداد مرگ و میرهای احتمالی

در حالی که مهندسان سازه‌هایی طراحی کرده‌اند که می‌توانند در برابر نیروهای طبیعی ویرانگر مانند طوفان‌های شدید، زلزله‌های فاجعه‌بار مانند زلزله ۲۰۱۰ هائیتی (بیش از ۳۱۰،{2}} مرگ) یا زلزله دانشگاه توهوکو در ژاپن در سال ۲۰۱۱ (بیش از ۲۰،{) مقاومت کنند. {5}} مرگ) همچنان یک چالش است.

برای کاهش اثرات چنین زمین لرزه بزرگی، تیمی از محققان در دانشگاه صنعتی سیدنی (UTS) اپلیکیشنی را توسعه داده اند که از لنگرهای زمینی به عنوان سیستم اولیه مقاومت لرزه ای برای محافظت از پل ها در برابر زلزله های فاجعه بار استفاده می کند.

علیرغم اجرای قوانین طراحی سختگیرانه در سراسر جهان و پیشرفت های فناوری در طراحی لرزه ای و حفاظت سازه، باید اقدامات بیشتری برای کاهش مرگ و میر و خسارات مالی انجام شود.

از اهمیت ویژه ای برخوردار است که شهرنشینی سریع غلظت جمعیتی بالاتری را در مناطق لرزه خیز مانند ژاپن و اندونزی با جمعیت ثبت شده 230 نفر000 در کشور به دنبال زلزله سال 2004 ایجاد کرده است.

دانشیار فتاحی و تیمش یک مدل کامپیوتری سه بعدی پیشرفته ایجاد کرده‌اند که می‌تواند مقاومت لرزه‌ای پل‌های لنگردار را که متحمل بزرگترین زلزله فاجعه‌بار جهان شده‌اند، شبیه‌سازی و ارزیابی کند.

تحقیقات آن نشان داد که ترکیب فناوری لنگر زمینی با پل‌ها، استفاده از چندین رشته فولادی با مقاومت بالا که در سازند لنگر انداخته‌اند، می‌تواند عملکرد لرزه‌ای عالی پل را ارائه دهد. معروف است که در صورت تثبیت تیرهای پایه، حرکت روبنای پل به پل آسیب جدی وارد می کند و حتی پس از تشکیل لولاهای پلاستیکی در ناحیه منحنی فرو می ریزد. پل هایی که مستحکم نیستند منجر به سقوط تیرها می شود.

انواع دیگر پل‌ها مانند پل‌های شیبدار، چرخش و جداسازی روبنای پل را ایجاد می‌کنند و باعث می‌شوند که روبنای پل از تکیه‌گاه‌ها جدا شده و به تکیه‌گاه آسیب وارد کند. همانطور که در زلزله سال 2010 شیلی اتفاق افتاد. علاوه بر این، جابجایی روبنای پل، نیروی برشی و لنگر خمشی بیشتری را برای زیربنای پل (شامل پایه ها، پایه های شمع و تکیه گاه ها) به همراه خواهد داشت. این امر منجر به نیاز به افزایش سطح مقطع محل مربوطه برای پاسخگویی به نیازهای زلزله های بزرگتر می شود.

در حال حاضر، مهندسان پل از دمپرهای چسبناک، مهار کابل ها و آلیاژهای حافظه دار گران قیمت برای کاهش جابجایی لرزه ای روسازه های پل استفاده می کنند. این سیستم‌ها با انتقال نیروهای محوری قابل‌توجه به پایه‌ها یا تکیه‌گاه‌ها، جابجایی روبنا را محدود می‌کنند و در نتیجه نیازمندی‌های لرزه‌ای، هندسه و هزینه‌ها را افزایش می‌دهند.

اصل طراحی سازه جدید مورد بحث در این مقاله، لنگر انداختن موثر روبنا در لایه خاک سخت پشت تکیه گاه از طریق لنگرهای متعدد زمینی است و نیروی لرزه ای از طریق سیستم لنگر زمینی رشته فولادی به لایه خاک منتقل می شود. می تواند به طور موثر لغزش عقب و جلو روبنای پل را محدود کند

در "محافظت پل کنسولی قطعه‌دار جدا شده"، منتشر شده در مجله Soil Dynamics and Seismic Engineering، از همان پل و همان ورودی لرزه‌ای برای مقایسه اثرات محدودیت‌های دمپر چسبناک و محدودیت‌های لنگر زمین استفاده شد.

با ایجاد یک مدل عددی سه بعدی پیچیده، این مقاله به طور جامع تعامل بین ساختار و خاک، تشکیل لولا پلاستیکی و غیرخطی بودن مواد را در نظر می‌گیرد. تجزیه و تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی پل از سیگنال های لرزه ای زلزله 1994 نورتریج، زلزله 1971 سن فرناندو، زلزله 1995 کوبه و زلزله چی-چی 1999 استفاده کرد. این سیگنال های لرزه ای آسیب زیادی به سازه وارد کرده است.

مدل لنگر زمینی طول آزاد و طول لنگر لنگر را در نظر می گیرد. قسمت با طول آزاد توسط یک واحد کابل شبیه سازی شده است، و قسمت طول لنگر با استفاده از اتصالات پیچیده تر شبیه سازی شده است تا تعامل تزریق غیرخطی با خاک را نشان دهد. عمل لغزش بدنه تزریق و تشکیل سنگ با استفاده از فنر پلاستیکی غیرخطی شبیه سازی شده است. نتایج مورد استفاده برای ارزیابی شامل جابجایی طولی روسازه و ممان خمشی پایه ها می باشد.

نتایج نشان می دهد که پس از استفاده از فناوری لنگر زمینی، روبنای پل به ترتیب در زلزله نورتریج و زلزله کوبه جابجایی طولی 105 میلی متر و 95 میلی متر ایجاد کرد. در مقابل، تحت همین زلزله، جابجایی طولی پل ها با استفاده از دمپرهای چسبناک به ترتیب 2019 میلی متر و 1600 میلی متر بود. علاوه بر این، تحت سیگنال لرزه ای کوبه، طرح دمپر ویسکوزیته 90 درصد از مقاومت خمشی پل را استفاده می کند، در حالی که طرح لنگر زمین تنها 10 درصد را استفاده می کند.

علاوه بر مزایای ساختاری لنگر زمین، محققان همچنین متوجه شدند که دمپر چسبناک در معرض خطر نشت محتویات سیلیکونی است که می تواند باعث از کار افتادن کامل دمپر چسبناک شود. بنابراین، قطعه باید به طور منظم بررسی شود.

به منظور آزمایش اثر لنگر زمین بر عملکرد نرمال پل، اثرات ناشی از انقباض، خزش و پیش تنیدگی نیز مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. تجزیه و تحلیل فاز ساخت و ساز سه فاز را در نظر می گیرد: مرحله ساخت و ساز اولیه، یک سال پس از اتمام، و 30 سال پس از اتمام.

در تجزیه و تحلیل فاز ساخت، مشخص شد که لنگر زمین دارای سختی کافی برای سرکوب تاثیر لرزه‌ای روبنای پل است، در حالی که انعطاف‌پذیری خود را حفظ می‌کند و مشکل آسیب محدودیت وجود نخواهد داشت. با توجه به هزینه ساخت اولیه پایین لنگرهای زمینی، سیستم های مهار لنگر زمینی بسیار مقرون به صرفه هستند. فناوری لنگر زمینی در مقایسه با سیستم هایی که نیاز به ساخت تخصصی دارند، مانند دمپرهای چسبناک، به راحتی در دسترس و ارزان است. علاوه بر این، به دلیل وجود سیستم لنگر، اندازه مقطع زیرسازی به میزان زیادی کاهش می یابد، هزینه به طور قابل توجهی کاهش می یابد و تقاضای لرزه ای کاهش می یابد. به طور مشابه، بر خلاف دمپرهای چسبناک، سیستم های لنگر زمین بدون نیاز به تعمیر و نگهداری هستند و برای حفظ اثربخشی خود نیازی به بررسی های مکرر و مداوم ندارند. این مزایا نشان می دهد که سیستم های لنگر زمین باید به عنوان یک ابزار موثر برای مهندسان پل در سراسر جهان، به ویژه در کشورهایی که تحت تأثیر زلزله های شدید قرار گرفته اند، دیده شود.

تیم UTS در حال حاضر در حال انجام یک مطالعه جدید برای ارزیابی اثربخشی استفاده از لنگرهای زمینی در پل‌های مورب برای محدود کردن روبنای پل است. تیم تحقیقاتی دریافتند که با قرار دادن لنگر زمین در یک زاویه در روبنای پل، زاویه چرخش ناشی از برخورد روبنای پل را می توان با لحظه تولید شده توسط زمین خنثی کرد. این یافته‌ها موقعیت سیستم‌های لنگر زمین را به‌عنوان ابزار قدرتمندی تقویت می‌کند که می‌تواند به طور قابل‌توجهی رفتار لرزه‌ای پل‌هایی را که در برابر آسیب‌های زلزله آسیب‌پذیر هستند، مورد استفاده قرار دهد.