Làm thế nào những cây cầu lớn có thể được thực hiện chống lại động đất?

Làm thế nào những cây cầu lớn, với các nhịp theo thứ tự 1 km, có thể chống lại động đất?

Tôi không phải là chuyên gia về trận động đất, nhưng có ít nhất hai loại rung lắc: bên và dọc. Sự rung chuyển theo chiều dọc đặc biệt thực sự làm tôi lo lắng. Tôi không biết làm thế nào bất kỳ loại hấp thụ sốc nào có thể được xây dựng thành một cấu trúc lớn, cao như tòa nhà hoặc tháp cầu.

. ), mà chủ yếu là một cây cầu xe lửa. Và nó sẽ cần phải xử lý các chuyến tàu chở hàng, nặng nhất trong số đôi khi vượt quá 100 tấn mỗi xe.)

Vì vậy, tôi sẽ chỉ đặt câu hỏi về những cây cầu lớn nói chung.

Tôi nghĩ trận động đất lớn nhất ở Alaska là Thang điểm 9,4 Richter năm 1964, đánh vào Fairbanks. (Tôi không biết cách chuyển đổi sang thang đo Độ lớn). Có thể xây dựng những cây cầu lớn sẽ không sụp đổ từ đó? Lý tưởng nhất, chúng tôi muốn cây cầu không bị sập trong trận động đất ngay cả khi nó ở dưới mức đầy tải.

PS tôi biết nó không hiệu quả chi phí để xây dựng một cây cầu như vậy. Đối với một điều, viễn đông Siberia không có mạng lưới đường sắt (hoặc nhiều nền văn minh nói chung). Có một dự án đường hầm được đề xuất mà tôi nghĩ rằng họ nói rẻ hơn một cây cầu, điều mà tôi không thể hiểu được vì đào qua đá cứng có vẻ khó hơn nhiều so với lái một đống trong nước sâu 50 m. Dự án đường hầm đã bị đình chỉ IIRC, không có gì bất ngờ.

Dù sao, tôi chỉ đang khám phá nếu một cây cầu như vậy là có thể về mặt kỹ thuật và có thể chịu được trận động đất. Nếu bạn cần một cái gì đó gần với thực tế hơn, tôi cho rằng chúng ta có thể nhìn vào Cầu Cổng Vàng ở San Francisco. Tôi thấy ở đây họ đang làm việc để làm cho nó an toàn trong các trận động đất lên đến 8.3, nhưng nó không đi sâu vào chi tiết. Và hãy nhớ rằng Cầu Cổng Vàng không xử lý các chuyến tàu chở hàng.

Dù sao, có thể chống động đất hoặc nghiêm túc chống lại các trận động đất trong những cây cầu lớn được tải bằng một chuyến tàu chở hàng? Cây cầu không nhất thiết phải hoàn toàn không bị hư hại. Tôi chỉ không muốn nó chụp và thả tàu trong đại dương.

Điều này có thể không?

Bạn không bao giờ có thể làm một cái gì đó bằng chứng động đất, nhưng có nhiều điều có thể được thực hiện để chống lại động đất.

Có những cây cầu dài được xây dựng trong vùng động đất. Ví dụ, cây cầu Akashi Kaikyo ở Nhật Bản hiện là cây cầu dài nhất thế giới và nằm trong khu vực địa chấn nghiêm trọng. Nó được thiết kế để chịu được trận động đất mạnh 8,5 độ richter. Trong thực tế, nó đã chịu một trận động đất mạnh 7,2 độ trong khi xây dựng . galtor đã đề cập trong một câu trả lời khác về cây cầu vịnh San Francisco đã được trang bị thêm để cải thiện khả năng chống địa chấn. Vì vậy, thiết kế cầu để chống lại trận động đất mạnh là chắc chắn có thể và đã được thực hiện.

Có thể làm gì để cải thiện khả năng chống động đất của cây cầu?

Giảm chấn khối điều chỉnh được sử dụng trong các tòa nhà cao tầng cũng như trong các cây cầu để chống lại sự di chuyển do động đất cũng như gió và các tải trọng bên khác. Cầu Akashi Kaikyo sử dụng TMD trong tháp treo chẳng hạn.

Cách ly cơ sở là một trong những kỹ thuật phổ biến nhất được sử dụng để chống lại sự di chuyển của động đất. Đây là những thiết bị chủ yếu tách chuyển động ngang của nền móng khỏi phần còn lại của kết cấu bằng cách sử dụng một số dạng vòng bi trượt. Nếu được thiết kế hợp lý, điều này có thể làm giảm đáng kể thiệt hại do động đất.

Giảm chấn địa chấn cũng là phổ biến. Đây là một loạt các thiết bị hoạt động để loại bỏ năng lượng địa chấn khỏi cấu trúc tương tự như cách giảm xóc trên xe hơi loại bỏ năng lượng rung của xe đi trên một con đường gồ ghề.

Những công nghệ này được hiểu rõ và thường được sử dụng trong các cây cầu và tòa nhà. Có nhiều kỹ thuật thử nghiệm cũng có thể như: cách ly rung lắc , hoặc hệ thống giảm xóc chủ động (bộ giảm chấn điều khiển bằng máy tính).

Nếu muốn, các thiết bị này cũng có thể được sử dụng kết hợp để tăng cường hơn nữa phản ứng động đất.

Trong thực tế thiết kế địa chấn tiêu chuẩn, một cấu trúc được thiết kế để chứa một số thiệt hại. Thiệt hại này, bất cứ khi nào có thể, tập trung vào các yếu tố dễ thay thế hơn (dầm và niềng răng), và sẽ không dẫn đến sự sụp đổ không cân xứng nếu bị hư hại.

Điều chắc chắn là khả thi về mặt kỹ thuật để thiết kế những cây cầu lớn để chống lại tải trọng động đất. Đặc biệt là nếu không có hạn chế tài chính.

Bạn có thể tìm thấy cách đọc hữu ích này: Cách các tòa nhà chống động đất hoạt động . Các kỹ thuật được sử dụng trên các tòa nhà cũng có thể được áp dụng cho các cây cầu.

Trên thực tế những cây cầu rất dài (và các tòa nhà siêu cao) thường có ít vấn đề với động đất hơn so với những người anh em nhỏ hơn của họ. Điều này là do chúng thường linh hoạt hơn nhiều và do đó có các giai đoạn cơ bản thấp hơn khiến chúng ít bị cộng hưởng trong các chế độ cơ bản của chúng. Các chế độ cơ bản là các mẫu lắc lư bao gồm phần lớn khối lượng cấu trúc. Một sự đơn giản hóa cực độ sẽ là cấu trúc chính chuyển động chậm đến mức nó hầu như không nhận thấy các chuyển động nhanh của một trận động đất. Một chút giống như một con tàu lớn trong sóng nhỏ.

Nói chung, các cấu trúc "cỡ trung", với tần số cơ bản giữa 1Hz và 10Hz, thường bị ảnh hưởng nặng nề hơn vì có nguy cơ cộng hưởng cơ bản lớn hơn nhiều dẫn đến hiệu ứng tải rất lớn. Đối với các cấu trúc rất lớn và mảnh mai, kỹ thuật gió nói chung là một thách thức lớn hơn so với kỹ thuật động đất.

Tuy nhiên, các trụ và mố và các kết nối của chúng với sàn cầu chính là rất quan trọng vì chúng thường cứng hơn nhiều so với toàn bộ cây cầu. Và với số tiền đầu tư và hậu quả khủng khiếp tiềm tàng của sự thất bại của một công trình lớn, rất nhiều nỗ lực tất nhiên sẽ được đưa vào thực hiện và kiểm tra (và kiểm tra ba lần) kỹ thuật động đất của mọi bộ phận của công trình. Tôi chỉ chỉ ra rằng các vấn đề không chỉ đơn giản là tỷ lệ thuận với quy mô, các cấu trúc lớn hơn không nhất thiết phải "chống động đất" hơn các vấn đề nhỏ hơn.

Tôi sẽ đến trung tâm ở một trong những cây cầu nổi tiếng nhất trong những điều kiện này năm ngoái: Cầu vịnh San Francisco.

Cây cầu này không được lên kế hoạch cho các đoàn tàu, và vì vậy họ đã thử nghiệm với các kích thủy lực khổng lồ (xem tại đây ). Cây cầu này được thiết kế để không bị sập trong trận động đất, nhưng chỉ để chịu những sự cố nhỏ có thể dễ dàng sửa chữa.

Khi động đất, một trong những điểm quan trọng được tìm thấy là tháp của cây cầu phải chống lại và không bị sụp đổ. Và đây là một điểm quan trọng trong cây cầu hiện tại, vì nó có tầng hầm riêng biệt và đắt tiền và tòa tháp chính được chia thành bốn phần để không sụp đổ hoàn toàn ( xem tại đây ). Cây cầu có thể mạnh mẽ và không thể phá hủy, nhưng về mặt thẩm mỹ, nó sẽ xấu hơn nhiều và có thể tốn kém hơn cho sự gia tăng của bê tông và các vật liệu khác.

Không giống như các cây cầu treo thông thường hơn, trong đó các dây cáp song song được treo trên các tháp và được neo ở hai đầu bằng đá hoặc bê tông, cầu San Francisco Oakland Bay chỉ có một tháp duy nhất và một dây cáp duy nhất được neo vào sàn đường, nối từ đầu phía đông đến đầu phía tây và trở lại một lần nữa.

Nó không có ý nghĩa trong việc bảo vệ các cây cầu La Mã trong số khác. Người La Mã chỉ thử nghiệm thiết kế theo kinh nghiệm cho đến khi họ nhận ra rằng một mô hình cụ thể đã chống lại, nhưng kỹ thuật cầu không quá lớn vào thời điểm đó.