Büyük köprüler depreme karşı nasıl dayanıklı hale getirilebilir?

1 km'lik açıklıklı büyük köprüler depreme karşı nasıl dayanıklı hale getirilebilir?

Deprem konusunda uzman değilim, ancak en az iki tür sallama var: yanal ve dikey. Özellikle dikey sarsıntı beni gerçekten endişelendiriyor. Herhangi bir şok emiliminin bir bina veya köprü kulesi gibi büyük, uzun bir yapıya nasıl inşa edileceğini bilmiyorum.

(Aslen asma köprülerini soracaktım, ama sonra asma köprülerin ağır trenler için harika olmadığını okudum. Bu sorunun arka planı bir Bering Köprüsü (Alaska'dan Sibirya'ya, Bering Boğazı'nı geçerek ) ve en ağır yük bazen araba başına 100 tonu aşan yük trenleri ile başa çıkmak gerekir.)

Bu yüzden genel olarak büyük köprüler hakkında soru soracağım.

Alaska'daki en büyük depremin 1964'te Fairbanks'a vuran 9.4 Richter Ölçeği olduğunu düşünüyorum. (Moment-Magnitude ölçeğine nasıl dönüştürüleceğini bilmiyorum). Bundan çökmeyecek büyük köprüler inşa etmek mümkün müdür? İdeal olarak, bir deprem sırasında tam yük altında olsa bile köprünün çökmemesini istiyoruz.

PS: Böyle bir köprü kurmanın maliyet etkin olmadığını biliyorum. Birincisi, uzak doğu Sibirya'nın demiryolu ağı (veya genel olarak çok medeniyet) yok. Bir köprüden daha ucuz olduğunu düşündüklerini düşündüğüm bir tünel projesi vardı, çünkü anlayamadım çünkü sert kayadan kazmak 50 m derinliğinde bir kazık sürmekten çok daha zor görünüyor. Tünel projesi IIRC'yi askıya aldı, sürpriz olmadı.

Her neyse, böyle bir köprünün teknik olarak mümkün olup olmadığını ve depreme dayanıklı olup olmadığını araştırıyorum. Gerçekliğe daha yakın bir şeye ihtiyacınız varsa, sanırım San Francisco'daki Golden Gate Köprüsü'ne bakabiliriz. Burada 8.3'e kadar depremlerde güvenli hale getirmek için çalıştıklarını gördüm , ama ayrıntılara girmedi. Golden Gate Köprüsü'nün yük trenleri ile ilgilenmediğini unutmayın.

Her neyse, bir yük treni yüklü büyük köprülerde depreme dayanıklı veya ciddi depremlere direnmek mümkün mü? Köprünün tamamen hasarsız kalması gerekmeyebilir. Sadece okyanustaki treni çekip bırakmasını istemiyorum.

Mümkün mü?

Hiçbir zaman depreme dayanıklı bir şey yapamazsınız, ancak depremlere karşı koymak için yapılabilecek çok şey var.

Deprem bölgelerinde uzun açık köprüler bulunmaktadır. Örneğin, Japonya'daki Akashi Kaikyo köprüsü şu anda dünyanın en uzun açıklık köprüsüdür ve ciddi bir sismik bölgededir. 8.5 büyüklüğünde bir depreme dayanacak şekilde tasarlanmıştır. Aslında inşaat sırasında 7.2 büyüklüğünde bir depreme maruz kalmıştır . galtor başka bir cevapta sismik direncini geliştirmek için sonradan takılan San Francisco Körfezi köprüsünden bahsetti. Bu nedenle güçlü depremlere direnmek için köprüler tasarlamak kesinlikle mümkün ve yapıldı.

Bir köprünün deprem direncini arttırmak için ne yapılabilir?

Ayarlı kütle amortisörleri , yüksek binalarda ve depremlerin yanı sıra rüzgar ve diğer yanal yükler nedeniyle harekete karşı koymak için köprülerde kullanılır. Akashi Kaikyo köprüsü, örneğin asma kulelerinde TMD kullanır.

Temel izolasyonu deprem hareketine direnmek için kullanılan en yaygın tekniklerden biridir. Bunlar, temelde yatay hareketini yapının geri kalanından bir çeşit kayar rulman kullanarak ayıran cihazlardır. Düzgün tasarlanırsa bu deprem hasarını büyük ölçüde azaltabilir.

Sismik Damperler de yaygındır. Bunlar, bir arabadaki amortisörlerin zorlu bir yoldan geçen arabanın titreşim enerjisini nasıl attığına benzer şekilde sismik enerjiyi yapıdan çıkarmak için hareket eden bir dizi cihazdır.

Bu teknolojiler iyi anlaşılmıştır ve köprülerde ve binalarda sıklıkla kullanılmaktadır. Sallanan izolasyon veya aktif sönümleme sistemleri (bilgisayar kontrollü amortisörler) gibi daha deneysel teknikler de vardır .

İstenirse bu cihazlar, deprem tepkisini daha da arttırmak için kombinasyon halinde de kullanılabilir.

Standart sismik tasarım pratiğinde, bazı hasarları barındıracak bir yapı tasarlanmıştır. Bu hasar, mümkün olan her yerde, daha kolay değiştirilebilen (kirişler ve diş teli) elemanlarda yoğunlaşır ve hasar görürse orantısız bir çöküşle sonuçlanmaz.

Deprem yüküne direnmek için büyük köprüler tasarlamak kesinlikle teknik olarak mümkündür. Özellikle mali kısıtlamalar olmasaydı.

Bu yararlı okumayı bulabilirsiniz: Depreme Dayanıklı Binalar Nasıl Çalışır . Binalarda kullanılan teknikler köprülere de uygulanabilir.

Aslında çok uzun köprüler (ve süper yüksek binalar) depremlerle ilgili daha küçük kardeşlerinden daha az sorun yaşıyor. Bunun nedeni genellikle çok daha esnek olmaları ve bu nedenle temel modlarında rezonansa karşı daha az duyarlı olmalarını sağlayan daha düşük temel dönemlere sahip olmalarıdır. Temel modlar, yapısal kütlenin çoğunluğunu içeren sallanan kalıplardır. Aşırı basitleştirme, ana yapının o kadar yavaş sallanmasıdır ki, bir depremin hızlı hareketlerini zar zor fark eder. Biraz küçük dalgalar halinde büyük bir gemi gibi.

Genel olarak, 1Hz ve 10Hz arasındaki temel frekanslara sahip "orta boy" yapılar, çok büyük yük etkilerine yol açan temel rezonans riski çok daha büyük olduğundan genellikle çok daha fazla etkilenir. Çok büyük ve ince yapılar için rüzgar mühendisliği genellikle deprem mühendisliğinden daha büyük bir zorluktur.

Ancak iskeleler ve abutmentler ve ana köprü güvertesine bağlantıları genellikle bir bütün olarak köprüden çok daha sert olduklarından kritiktir. Ve yatırılan miktar ve büyük bir yapıdaki başarısızlığın potansiyel korkunç sonuçları göz önüne alındığında, elbette, yapının her bölümünün deprem mühendisliğini gerçekleştirmek ve kontrol etmek (ve üçlü kontrol etmek) için çok çaba gösterilecektir. Sadece problemlerin ölçekle orantılı olmadığını, daha büyük yapıların "depreme dayanıklı" olmaktan daha küçük olanlardan daha zor olmadığını belirtiyorum.

Geçen yıl bu koşulların en ünlü köprülerinden birinde ortalayacağım: San Francisco Körfezi Köprüsü.

Bu köprü trenler için planlanmamıştır ve bu nedenle büyük hidrolik krikolar ile test edilmiştir ( buraya bakın ). Bu köprü, bir deprem sırasında çökmek için değil, sadece kolayca onarılabilecek küçük arızalara maruz kalmak üzere tasarlanmıştır.

Depremler sırasında bulunan en önemli noktalardan biri, köprü kulesinin dirilmesi ve düşmemesi gerektiğidir. Ve bu, mevcut köprünün önemli bir noktasıdır, çünkü bireysel ve pahalı bir zemine sahiptir ve ana kule tamamen çökmemek için dört parçaya ayrılmıştır ( buraya bakın ). Köprü sağlam ve yıkılmaz olabilir, ancak estetik olarak beton ve diğer malzemelerin artması için daha çirkin ve muhtemelen daha pahalı olacaktır.

Paralel kabloların kulelerin üzerine kaydığı ve her iki ucunda kaya veya betona tutturulduğu daha geleneksel asma köprülerin aksine, San Francisco Oakland Bay köprüsü, tek bir kuleye ve yol güvertesine bağlanan tek bir kabloya sahiptir. doğu ucu batı ucuna ve tekrar geri.

Roma köprülerini diğerlerinin arasında savunmak hiç mantıklı değil. Romalılar, belirli bir modelin direndiğini anlayana kadar tasarımları ampirik olarak test ettiler, ancak köprü mühendisliği o zamanlar çok büyük değildi.