A combinação de tecnologia de ancoragem no solo e pontes melhora muito o efeito sísmico

A combinação de tecnologia de ancoragem no solo e pontes melhora muito o efeito sísmico:

Os terremotos são classificados em primeiro lugar entre todos os desastres naturais por causa de sua rapidez e poder destrutivo.

Quando ocorre o desastre do terremoto, o dano da ponte na área do terremoto significa a interrupção da linha de vida, o que dificulta diretamente o andamento das operações de socorro, aumenta a perda de vidas e bens e perdas econômicas indiretas, e traz dificuldades para a recuperação e reconstrução após o desastre.

Que danos um terremoto causará nas pontes?

A hora e o local da ocorrência do terremoto são imprevisíveis, e têm as características de curta duração e liberação violenta de energia. Os riscos de terremotos em pontes incluem principalmente os quatro aspectos a seguir:

(1) Queda de superestrutura: O fenômeno de queda de vigas causado pela falha de conectores de suporte ou falha de subestruturas ocorre frequentemente em terremotos destrutivos, a maioria dos quais ocorrem na direção da ponte (referindo-se à direção do eixo central do ponte).

2) Danos nos conectores de suporte: Os suportes de pontes, juntas de dilatação, chaves de cisalhamento, conectores de suporte, etc., são considerados elos fracos no sistema estrutural da ponte com desempenho sísmico relativamente fraco.

A forma de falha do suporte se manifesta principalmente como o deslocamento do suporte, a retirada do chumbador, o cisalhamento, o cisalhamento do suporte ativo e a destruição da estrutura do próprio suporte.

(3) Danos ao pilar e ao cais: Se a coluna do cais for danificada, a capacidade da ponte de resistir a terremotos será enfraquecida e ocorrerá colapso.

O dano sísmico do pilar é mais comum em terremotos, devido à perda de capacidade de carga da fundação, etc. causada pelo deslizamento do pilar, danos por colisão entre a plataforma e a superestrutura e inclinação do pilar.

Uma nova tecnologia sísmica de pontes que oferece excelente desempenho sísmico

Mais de 1 milhão de pessoas morreram em 1.800 terremotos de magnitude 5 ou mais registrados globalmente desde 2000. As pontes são a parte mais vulnerável da rede de transporte quando ocorrem terremotos, dificultando a resposta de emergência, missões de busca e salvamento e a entrega de ajuda, aumentando o número de mortes potenciais.

Embora os engenheiros tenham projetado estruturas que podem resistir a forças naturais destrutivas, como tufões extremos, terremotos catastróficos, como o terremoto de 2010 no Haiti (mais de 310,000 mortes) ou o terremoto de 2011 da Universidade de Tohoku no Japão (mais de 20,{ {5}} mortes) continuam sendo um desafio.

Para mitigar os efeitos de um terremoto tão grande, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Sydney (UTS) desenvolveu um aplicativo que usa âncoras de solo como o principal sistema de resistência sísmica para proteger pontes de terremotos catastróficos.

Apesar da implementação de códigos de projeto rigorosos em todo o mundo e dos avanços tecnológicos em projeto sísmico e proteção estrutural, mais precisa ser feito para reduzir a mortalidade e as perdas financeiras.

De particular importância é o fato de que a rápida urbanização criou maiores concentrações populacionais em áreas sismicamente ativas, como Japão e Indonésia, com uma população registrada de 230,000 no país após um terremoto em 2004.

O professor associado Fatahi e sua equipe desenvolveram um modelo computacional tridimensional avançado que pode simular e avaliar a resiliência sísmica de pontes ancoradas que sofreram o maior terremoto catastrófico do mundo.

Sua pesquisa descobriu que combinando a tecnologia de ancoragem no solo com pontes, o uso de vários fios de aço de alta resistência ancorados na formação pode fornecer excelente desempenho sísmico da ponte. É sabido que no caso de consolidação de vigas de pilares, o movimento da superestrutura da ponte danifica seriamente a ponte e até colapsa após a formação de rótulas plásticas na área curva. Pontes que não são consolidadas resultarão em queda de vigas.

Outros tipos de pontes, como pontes inclinadas, produzirão rotação e separação da superestrutura da ponte, fazendo com que a superestrutura da ponte se solte dos suportes e cause algum dano ao encontro. Como aconteceu no terremoto de 2010 no Chile. Além disso, o deslocamento da superestrutura da ponte trará maior força cortante e momento fletor à subestrutura da ponte (incluindo os pilares, fundações e apoios). Isso resulta na necessidade de aumentar a seção transversal do local correspondente para acomodar as necessidades de terremotos maiores.

Atualmente, os engenheiros de pontes usam amortecedores viscosos, restrições de cabos e ligas de memória de forma caras para reduzir o deslocamento sísmico das superestruturas da ponte. Esses sistemas limitam o deslocamento da superestrutura transferindo forças axiais consideráveis ​​para pilares ou encontros, resultando em maiores requisitos sísmicos, geometria e custos.

O princípio de projeto da nova estrutura discutida neste artigo é ancorar efetivamente a superestrutura na camada de solo duro atrás do pilar por meio de múltiplas ancoragens de solo, e a força sísmica será transmitida à camada de solo através do sistema de ancoragem de fio de aço, que pode efetivamente limitar o deslizamento para frente e para trás da superestrutura da ponte

Em "Isolated Segmented Cantilever Bridge Protection", publicado na revista Soil Dynamics and Seismic Engineering, a mesma ponte e a mesma entrada sísmica foram usadas para comparar os efeitos de restrições de amortecedores viscosos e restrições de ancoragem no solo.

Ao estabelecer um modelo numérico tridimensional complexo, este artigo considera de forma abrangente a interação entre estrutura e solo, formação de dobradiças plásticas e não linearidade do material. A análise do histórico de tempo não linear da ponte usou sinais sísmicos do terremoto de Northridge de 1994, do terremoto de San Fernando de 1971, do terremoto de Kobe de 1995 e do terremoto de Chi-Chi de 1999. Esses sinais sísmicos causaram grandes danos à estrutura.

O modelo de âncora de solo leva em consideração o comprimento livre e o comprimento de âncora da âncora. A parte de comprimento livre é simulada por uma unidade de cabo, e a parte de comprimento de âncora é simulada usando conexões mais complexas para ilustrar a interação da argamassa não linear com o solo. A ação de deslizamento do corpo de reboco e da formação rochosa é simulada usando uma mola plástica não linear. Os resultados utilizados para avaliar incluem o deslocamento longitudinal da superestrutura e o momento fletor dos pilares.

Os resultados mostram que após o uso da tecnologia de ancoragem no solo, a superestrutura da ponte gerou um deslocamento longitudinal de 105 mm e 95 mm no terremoto de Northridge e no terremoto de Kobe, respectivamente. Em contraste, sob o mesmo terremoto, o deslocamento longitudinal de pontes usando amortecedores viscosos foi de 2019mm e 1600mm, respectivamente. Além disso, sob o sinal sísmico de Kobe, o esquema de amortecedor de viscosidade usou 90% da resistência à flexão da ponte, enquanto o esquema de ancoragem no solo usou apenas 10%.

Além das vantagens estruturais da âncora de solo, os pesquisadores também notaram que o amortecedor viscoso corria o risco de vazar o conteúdo de silicone, o que poderia fazer com que o amortecedor viscoso falhasse completamente. Portanto, o componente precisa ser verificado regularmente.

Para testar o efeito da ancoragem no solo no desempenho normal da ponte, também foram analisados ​​os efeitos devido à retração, fluência e protensão. A análise da fase de construção considera três fases: a fase inicial de construção, um ano após a conclusão e 30 anos após a conclusão.

Na análise da fase de construção, verificou-se que a ancoragem ao solo possui rigidez suficiente para suprimir o impacto sísmico da superestrutura da ponte, mantendo sua própria flexibilidade, e não haverá problema de dano de restrição. Devido ao baixo custo inicial de construção das âncoras terrestres, os sistemas de retenção de âncoras terrestres são altamente econômicos. A tecnologia de ancoragem no solo está prontamente disponível e é barata em comparação com sistemas que exigem fabricação especializada, como amortecedores viscosos. Além disso, devido à presença do sistema de ancoragem, o tamanho da seção transversal da subestrutura é bastante reduzido, o custo é significativamente reduzido e a demanda sísmica é reduzida. Da mesma forma, em contraste com os amortecedores viscosos, os sistemas de ancoragem no solo são isentos de manutenção e não requerem verificações frequentes e contínuas para manter sua eficácia. Esses benefícios sugerem que os sistemas de ancoragem no solo devem ser vistos como uma ferramenta eficaz para engenheiros de pontes em todo o mundo, especialmente em países afetados por terremotos severos.

A equipe da UTS está atualmente realizando um novo estudo para avaliar a eficácia do uso de âncoras de solo em pontes diagonais para restringir a superestrutura da ponte. A equipe de pesquisa descobriu que, ao colocar a âncora no solo em um ângulo na superestrutura da ponte, o ângulo de rotação causado pelo impacto da superestrutura da ponte pode ser neutralizado pelo momento gerado pelo solo. Essas descobertas fortalecerão ainda mais a posição dos sistemas de ancoragem no solo como uma ferramenta poderosa que pode ser usada para melhorar significativamente o comportamento sísmico de pontes vulneráveis ​​a danos causados ​​por terremotos.