تکنولوژی پیشرفته لرزه ای مقاومت لرزه پل را افزایش می دهد

هنگامی که امواج لرزه‌ای برخورد می‌کنند، پل‌ها - آن خطوط حیاتی حمل و نقل - دیگر در برابر هجوم سفت و سخت نمی‌ایستند. در عوض، آن‌ها «نفس می‌کشند» و از فناوری‌های پیشرفته جداسازی و میرایی لرزه‌ای برای پراکنده کردن انرژی زلزله به طور بی‌ضرر استفاده می‌کنند. این نشان‌دهنده جوهر مهندسی زلزله پل مدرن است.

این مقاله تکنیک‌های جداسازی و میرایی لرزه‌ای را که به طور گسترده در مهندسی پل اعمال می‌شود، بررسی می‌کند و اصول، روش‌های طراحی و کاربردهای دنیای واقعی اجزای مختلف حفاظت لرزه‌ای را شرح می‌دهد.

هدف اصلی طراحی لرزه‌ای پل، حفظ یکپارچگی ساختاری و عملکردی در طول زلزله‌ها و در عین حال به حداقل رساندن تلفات جانی و خسارات اقتصادی است. رویکردهای سنتی به تقویت استحکام و شکل‌پذیری سازه برای مقاومت در برابر نیروهای لرزه‌ای متکی بودند. با این حال، این اغلب منجر به سازه‌های حجیمی می‌شد که هنوز هم می‌توانستند در طول زلزله‌های شدید آسیب جدی ببینند.

فلسفه طراحی لرزه‌ای معاصر به سمت «کنترل پاسخ زلزله» تغییر کرده است و از فناوری‌های جداسازی و میرایی برای کاهش فعالانه اثرات لرزه‌ای استفاده می‌کند. تکنیک‌های جداسازی با افزایش دوره ارتعاش طبیعی پل کار می‌کنند و آن را از دوره غالب امواج لرزه‌ای دور می‌کنند و در نتیجه انتقال نیرو را کاهش می‌دهند. فناوری‌های میرایی انرژی لرزه‌ای را پراکنده می‌کنند و دامنه ارتعاشات را کاهش می‌دهند.

جداسازی لرزه‌ای یک استراتژی موثر برای حفاظت از زلزله است که اساساً ویژگی‌های دینامیکی یک پل را با نصب دستگاه‌های جداسازی بین روسازه و زیرساخت تغییر می‌دهد. این دستگاه‌ها معمولاً سه عملکرد کلیدی را انجام می‌دهند:

• افزایش دوره:افزایش قابل توجه دوره ارتعاش طبیعی پل برای کاهش انتقال نیروی لرزه‌ای
• کاهش نیرو:کاهش نیروهای لرزه‌ای از طریق افزایش دوره، در نتیجه کاهش اجزای سازه
• اتلاف انرژی:برخی از جداکننده‌ها علاوه بر این انرژی لرزه‌ای را جذب می‌کنند و ارتعاشات را بیشتر کاهش می‌دهند

یاتاقان‌های لاستیکی با میرایی کم (LDRB):جداکننده‌های ساده‌ای که شامل لایه‌های متناوب لاستیک و فولاد هستند. قابلیت تغییر شکل الاستیک لاستیک دوره‌های ارتعاش را افزایش می‌دهد، اگرچه با میرایی نسبتاً کم (2٪-5٪).

یاتاقان‌های لاستیکی با میرایی بالا (HDRB):نسخه‌های پیشرفته LDRB که مواد افزودنی خاصی را برای بهبود ظرفیت میرایی (10٪-20٪) در خود جای داده‌اند.

یاتاقان‌های لاستیکی سربی (LRB):LDRB با هسته سربی مرکزی که اتلاف انرژی عالی را از طریق تغییر شکل پلاستیکی (میرایی 20٪-30٪) فراهم می‌کند.

یاتاقان‌های آونگی اصطکاکی (FPS):از لغزش اصطکاکی روی سطوح کروی برای پراکنده کردن انرژی در حالی که جابجایی‌های بزرگ را در خود جای می‌دهند، استفاده کنید.

طراحی جداسازی موثر شامل انتخاب دقیق پارامترهای دستگاه برای بهینه سازی دوره‌های ارتعاش و کاهش انتقال نیرو است. فرآیند طراحی معمولاً شامل موارد زیر است:

1. تعیین حرکات زمین طراحی بر اساس فعالیت لرزه‌ای منطقه‌ای
2. توسعه مدل‌های المان محدود برای تجزیه و تحلیل ویژگی‌های دینامیکی
3. انتخاب دستگاه‌های جداسازی مناسب
4. انجام تجزیه و تحلیل عملکرد جداسازی
5. بهینه سازی پارامترهای دستگاه برای حداکثر اثربخشی

تکنیک‌های میرایی ارتعاشات سازه‌ای را با پراکنده کردن انرژی لرزه‌ای از طریق دستگاه‌های تخصصی کاهش می‌دهند و در نتیجه جابجایی‌ها و تنش‌ها را کاهش می‌دهند.

دمپرهای ویسکوز سیال (FVD):از مقاومت سیال در داخل مکانیزم‌های پیستون-سیلندر برای جذب انرژی در سراسر محدوده‌های جابجایی بزرگ استفاده کنید.

دمپرهای اصطکاکی (FD):اصطکاک اتلاف انرژی را از طریق لغزش کنترل شده بین سطوح ایجاد کنید.

دمپرهای مغناطیسی (MRD):از سیالات هوشمند استفاده کنید که ویسکوزیته را تحت میدان‌های مغناطیسی تغییر می‌دهند و امکان تنظیم میرایی در زمان واقعی را فراهم می‌کنند.

طراحی میرایی موثر مستلزم انتخاب دستگاه مناسب و بهینه سازی پارامترها از طریق:

1. ارزیابی خطر لرزه‌ای
2. مدل‌سازی و تجزیه و تحلیل سازه
3. انتخاب و پیاده‌سازی دستگاه
4. ارزیابی و بهینه سازی عملکرد

فناوری‌های جداسازی و میرایی با موفقیت در سراسر جهان اجرا شده‌اند:

• پل خلیج سانفرانسیسکو-اوکلند (ایالات متحده آمریکا) از LRB و FVD استفاده می‌کند
• پل آکاشی کایکیو ژاپن از سیستم‌های FPS و FVD استفاده می‌کند
• پل رودخانه یانگ تسه رانیانگ چین شامل HDRB و FVD است

همانطور که فناوری‌های حفاظت لرزه‌ای پیشرفت می‌کنند، نوآوری‌های نوظهور مانند دمپرهای مواد هوشمند و سیستم‌های جداسازی تطبیقی، عملکرد بهتری را نوید می‌دهند. ترکیب جداسازی و میرایی با سایر استراتژی‌های لرزه‌ای احتمالاً سیستم‌های حفاظتی جامع‌تری را تشکیل می‌دهد و از انعطاف‌پذیری پل در برابر چالش‌های لرزه‌ای فزاینده اطمینان حاصل می‌کند.