抗震桥梁设计

地震期间“跳舞”的桥梁可能是最安全、最便宜的建造、改造和维修,根据地震工程师纽约州立大学布法罗分校和多国评价。

研究人员最近开发并成功测试了第一个桥塔抗震设计方法,桥塔对地面运动的反应就是从地面跳离几英寸。

与传统方法相比,新方法允许建造或改造支撑桥面的钢桁架塔,而传统方法的每条桥腿都牢固地固定在基础上。

这项研究是由美国联邦公路管理局资助的。

该设计最近在一个20英尺高、9吨重的模型桁架塔上进行了成功的测试。

试验在UB的结构工程和地震模拟实验室(SEESL)的六自由度振动台上进行。它是世界上最通用的地震工程实验室之一,是UB工程和应用科学学院的一个设施。欧洲杯线上买球

“我们的方法是非常规的,违反直觉的,”MCEER主任、布法罗大学土木、结构和环境工程教授Michel Bruneau博士承认,他与布法罗大学土木、结构和环境工程系博士生Michael Pollino共同开发了新的方法。

布鲁诺解释说:“在地震发生时,传统观点认为最重要的事情是锚定桥塔。”“大众想要推翻它,所以你必须把它拴住。”

他解释说,要做到这一点,这座塔必须用非常昂贵的基础系统进行锚定,而这反过来又使它承受地震的全部力量。

他说:“在这种情况下,通常必须做出让步。”“在这里,我们完全颠覆了这个概念。通过让塔晃动,我们大大降低了倾覆力。”

乌兰巴托工程师们开发了一个设计程序,在这个程序中,桁架塔的腿从他们的基础断开,并在发生重大的地面运动时通过少量的提升。

他们评估的方案之一包括使用专门的设备来控制结构的抬升。这些装置被称为滞后阻尼器或粘滞阻尼器,其中一些是由Taylor devices, Inc.提供的,被插入塔的底部,让塔在震动的同时吸收部分地震的能量,并帮助控制结构的上升量。

在UB对SEESL最先进的振动台进行的一系列试验中,试验桁架塔安装了这些设备,以模拟1994年加州北岭地震的地面运动;测试也在没有任何附加设备的情况下进行,因为设计程序的开发一般是针对有或没有阻尼器的性能。

通常情况下,在测试过程中,塔腿在不到一秒的时间内上升了近两英寸。在一些自由摇摆的情况下,塔腿上升了近4英寸。

“所有的测试都成功了,”布鲁诺说。“阻尼系统通常会降低上升幅度和冲击时的速度,这在某些情况下可能很重要。”

Bruneau表示,该方法不会允许抬升超过设计程序、塔设计、当地条件和塔安全返回原始位置的需要所规定的安全限度。UB方法是第一个为这一应用而建立的方法,但Bruneau指出,工程师们以前已经采用了这个概念,例如不列颠哥伦比亚省温哥华市的狮门大桥的方法跨度。

Bruneau说:“专业工程师开始认识到,在他们的设计中,允许这种类型的摇摆是经济的,只要结构保持稳定,并且小心地控制腿下来的速度,以最小化在摇摆过程中产生的力。”

他补充说,除了节省建筑成本,这种设计还可以在需要进行抗震改造时节省资金。

他说:“如果工作人员只需要在塔的底部工作,就可以更容易地加固塔的抗震能力,而不必沿着塔的高度爬60、80或120英尺来加固单个成员。”

MCEER总部设在布法罗大学,成立于1986年,是致力于减少全国地震和其他灾害损失的先进技术应用的国家卓越中心。在过去19年里,MCEER主要获得了来自NSF的6800万美元的资助;来自纽约州的3600万美元来自联邦公路管理局的2600万美元。其他支持来自联邦紧急事务管理局、其他州政府、学术机构、外国政府和私营企业。

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