2025-12-17
Khi sóng địa chấn ập đến, những cây cầu—những tuyến đường giao thông huyết mạch—không còn đứng vững trước sự tấn công. Thay vào đó, chúng "thở", sử dụng các công nghệ cách ly và giảm chấn địa chấn tinh vi để tiêu tán năng lượng động đất một cách vô hại. Điều này thể hiện bản chất của kỹ thuật cầu chống động đất hiện đại.
Bài viết này khám phá các kỹ thuật cách ly và giảm chấn địa chấn được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật cầu, trình bày chi tiết các nguyên tắc, phương pháp thiết kế và ứng dụng thực tế của các thành phần bảo vệ địa chấn khác nhau.
Mục tiêu chính của thiết kế cầu chống động đất là duy trì tính toàn vẹn và chức năng của kết cấu trong các trận động đất, đồng thời giảm thiểu thương vong và thiệt hại kinh tế. Các phương pháp truyền thống dựa vào việc tăng cường độ bền và tính dẻo của kết cấu để chịu được các lực địa chấn. Tuy nhiên, điều này thường dẫn đến các kết cấu cồng kềnh mà vẫn có thể bị hư hại nghiêm trọng trong các trận động đất mạnh.
Triết lý thiết kế địa chấn hiện đại đã chuyển sang "kiểm soát ứng xử động đất", sử dụng các công nghệ cách ly và giảm chấn để chủ động giảm tác động của địa chấn. Các kỹ thuật cách ly hoạt động bằng cách kéo dài chu kỳ dao động tự nhiên của cầu, tách nó ra khỏi chu kỳ chủ đạo của sóng địa chấn, từ đó làm giảm sự truyền lực. Các công nghệ giảm chấn tiêu tán năng lượng địa chấn, giảm biên độ dao động.
Cách ly địa chấn thể hiện một chiến lược bảo vệ động đất hiệu quả, về cơ bản làm thay đổi các đặc tính động lực của cầu bằng cách lắp đặt các thiết bị cách ly giữa phần trên và phần dưới của kết cấu. Các thiết bị này thường thực hiện ba chức năng chính:
Gối cao su giảm chấn thấp (LDRB): Bộ cách ly đơn giản bao gồm các lớp cao su và thép xen kẽ. Khả năng biến dạng đàn hồi của cao su kéo dài chu kỳ dao động, mặc dù với độ giảm chấn tương đối thấp (2%-5%).
Gối cao su giảm chấn cao (HDRB): Các phiên bản nâng cao của LDRB kết hợp các chất phụ gia đặc biệt để cải thiện khả năng giảm chấn (10%-20%).
Gối cao su chì (LRB): LDRB có lõi chì trung tâm, cung cấp khả năng tiêu tán năng lượng tuyệt vời thông qua biến dạng dẻo (độ giảm chấn 20%-30%).
Gối con lắc ma sát (FPS): Sử dụng trượt ma sát trên các bề mặt hình cầu để tiêu tán năng lượng đồng thời thích ứng với các chuyển vị lớn.
Thiết kế cách ly hiệu quả liên quan đến việc lựa chọn cẩn thận các thông số thiết bị để kéo dài tối ưu chu kỳ dao động và giảm sự truyền lực. Quá trình thiết kế thường bao gồm:
Các kỹ thuật giảm chấn làm giảm rung động kết cấu bằng cách tiêu tán năng lượng địa chấn thông qua các thiết bị chuyên dụng, từ đó làm giảm chuyển vị và ứng suất.
Bộ giảm chấn nhớt chất lỏng (FVD): Sử dụng lực cản của chất lỏng trong các cơ chế piston-xi lanh để hấp thụ năng lượng trên phạm vi chuyển vị lớn.
Bộ giảm chấn ma sát (FD): Tạo ra ma sát tiêu tán năng lượng thông qua trượt có kiểm soát giữa các bề mặt.
Bộ giảm chấn từ biến (MRD): Sử dụng chất lỏng thông minh làm thay đổi độ nhớt dưới từ trường, cho phép điều chỉnh giảm chấn theo thời gian thực.
Thiết kế giảm chấn hiệu quả đòi hỏi việc lựa chọn thiết bị và tối ưu hóa thông số phù hợp thông qua:
Các công nghệ cách ly và giảm chấn đã được triển khai thành công trên toàn thế giới:
Khi các công nghệ bảo vệ địa chấn phát triển, những cải tiến mới nổi như bộ giảm chấn vật liệu thông minh và hệ thống cách ly thích ứng hứa hẹn hiệu suất được nâng cao. Việc kết hợp cách ly và giảm chấn với các chiến lược địa chấn khác có thể sẽ tạo thành các hệ thống bảo vệ toàn diện hơn, đảm bảo khả năng phục hồi của cầu trước những thách thức địa chấn ngày càng nghiêm trọng.
Gửi yêu cầu của bạn trực tiếp đến chúng tôi
