Передовая сейсмическая технология повышает сейсмостойкость мостов

Когда обрушиваются сейсмические волны, мосты — важнейшие транспортные магистрали — больше не выдерживают натиска. Вместо этого они «дышат», используя сложные технологии сейсмической изоляции и демпфирования для безвредного рассеивания энергии землетрясений. В этом заключается суть современной сейсмостойкой конструкции мостов.

В этой статье исследуются широко применяемые методы сейсмической изоляции и демпфирования в мостостроении, подробно описываются принципы, методологии проектирования и реальное применение различных компонентов сейсмической защиты.

Основная цель сейсмостойкого проектирования мостов — сохранить структурную целостность и функциональность во время землетрясений, сводя к минимуму жертвы и экономические потери. Традиционные подходы основывались на повышении прочности и пластичности конструкции, чтобы противостоять сейсмическим воздействиям. Однако это часто приводило к образованию громоздких конструкций, которые все равно могли выдержать серьезные повреждения во время сильных землетрясений.

Современная философия сейсмического проектирования сместилась в сторону «контроля реакции на землетрясение», используя технологии изоляции и демпфирования для активного снижения сейсмических воздействий. Методы изоляции работают за счет увеличения периода собственных колебаний моста, удаляя его от преобладающего периода сейсмических волн, тем самым уменьшая передачу силы. Демпфирующие технологии рассеивают сейсмическую энергию, уменьшая амплитуды вибрации.

Сейсмическая изоляция представляет собой эффективную стратегию защиты от землетрясений, фундаментально изменяющую динамические характеристики моста за счет установки изолирующих устройств между надстройкой и основанием. Эти устройства обычно выполняют три ключевые функции:

• Удлинение периода:Значительное увеличение периода собственных колебаний моста для уменьшения передачи сейсмических сил.
• Уменьшение силы:Уменьшение сейсмических сил за счет продления периода, тем самым разгружая структурные компоненты.
• Рассеяние энергии:Некоторые изоляторы дополнительно поглощают сейсмическую энергию, дополнительно снижая вибрации.

Резиновые подшипники с низким демпфированием (LDRB):Простые изоляторы, состоящие из чередующихся слоев резины и стали. Способность резины к упругой деформации увеличивает период вибрации, хотя и с относительно низким демпфированием (2–5%).

Резиновые подшипники с высоким демпфированием (HDRB):Усовершенствованные версии LDRB, включающие специальные присадки для улучшения демпфирующей способности (10–20%).

Свинцово-резиновые подшипники (LRB):LDRB с центральным свинцовым сердечником, который обеспечивает превосходное рассеивание энергии за счет пластической деформации (демпфирование 20–30%).

Маятниковые подшипники трения (FPS):Используйте фрикционное скольжение по сферическим поверхностям для рассеивания энергии и компенсации больших смещений.

Эффективная конструкция изоляции предполагает тщательный выбор параметров устройства для оптимального увеличения периодов вибрации и снижения передачи усилий. Процесс проектирования обычно включает в себя:

1. Определение расчетных движений грунта на основе региональной сейсмической активности.
2. Разработка моделей конечных элементов для анализа динамических характеристик
3. Выбор подходящих изолирующих устройств
4. Проведение анализа производительности изоляции
5. Оптимизация параметров устройства для максимальной эффективности

Методы демпфирования уменьшают вибрации конструкции за счет рассеивания сейсмической энергии через специальные устройства, тем самым уменьшая смещения и напряжения.

Жидкостные вязкостные демпферы (FVD):Используйте сопротивление жидкости в поршневых механизмах для поглощения энергии в больших диапазонах смещения.

Фрикционные демпферы (ФД):Создайте рассеивающее энергию трение за счет контролируемого скольжения между поверхностями.

Магнитореологические демпферы (МРД):Используйте интеллектуальные жидкости, которые изменяют вязкость под действием магнитных полей, позволяя регулировать демпфирование в реальном времени.

Эффективная конструкция демпфирования требует соответствующего выбора устройства и оптимизации параметров посредством:

1. Оценка сейсмической опасности
2. Структурное моделирование и анализ
3. Выбор устройства и реализация
4. Оценка производительности и оптимизация

Технологии изоляции и демпфирования успешно применяются во всем мире:

• На мосту через залив Сан-Франциско-Окленд (США) используются LRB и FVD.
• На мосту Акаси Кайкё в Японии используются системы FPS и FVD.
• Китайский мост через реку Янцзы Жуньянг включает в себя HDRB и FVD

По мере развития технологий сейсмической защиты новые инновации, такие как интеллектуальные демпферы из материалов и системы адаптивной изоляции, обещают повышение производительности. Сочетание изоляции и демпфирования с другими сейсмическими стратегиями, вероятно, позволит сформировать более комплексные системы защиты, обеспечивающие устойчивость моста к все более серьезным сейсмическим воздействиям.