設計抗海嘯橋樑需要範式轉換

包括俄勒岡州立大學兩名科學家在內的研究人員在一項新研究中稱，評估橋樑海嘯風險需要範式轉換。研究的動力一部分是數以百計的橋樑被毀在最近的海岸的海嘯日本和在印度洋,進步的理解物理學在工作當海嘯猛烈撞擊橋樑——打開大門設計沿海跨度能更好地抵禦洪水的巨浪。研究人員說，僅僅從橋樑的整體海嘯荷載來考慮是不夠的，還需要考慮橋樑單個結構構件的荷載。

在過去15年里，震中位於日本和印度尼西亞海岸附近海域的大地震引發了海嘯，造成25萬人死亡，超過2000億美元的損失。損壞包括沖走或以其他方式移動數百座橋樑，強調需要更好地理解海浪影響的基礎物理。該研究發表在《海洋科學與工程雜誌》(Journal of Marine Science and Engineering)上，涉及在內華達大學裡諾分校(University of Nevada-Reno)一座開梁橋的1:5比例模型的構建。

完成後的模型被運往OSU，在O.H. Hinsdale波浪研究實驗室的大浪水槽中進行測試。大浪水槽長104.24米，寬3.66米，深4.57米。「所有的結構細節都包括在內，比如鋼樑和代表道路的混凝土甲板，」實驗室主任佩德羅·洛莫納科(Pedro Lomonaco)說。「當我們對海嘯波的衝擊力進行一系列測試時，這座橋被完整地測量了壓力、力和加速度。」波浪同時施加水平力和垂直力，結果表明這兩個最大值不一定同時出現。考慮到目前流行的觀點，這是一個重要的發現。「與推薦的做法相反，同時在橋面重心施加最大水平力和最大垂直力，不允許對結構部件之間的單個連接進行保守的隆起估計，」合著者、俄勒岡州立大學工程學院的Solomon Yim說。

Yim和Lomonaco注意到，迄今為止的大多數研究都是對總荷載進行了研究，而不是對單個梁、甲板室、軸承和連接件施加的應力進行了研究。Yim說:「在最近的海嘯中，橋樑損壞的主要類型是承重連接處的斷裂，這表明，量化海嘯對這些部件的影響並解讀其潛在物理機制至關重要。」「我們的研究揭示了一個複雜的橋樑淹沒機制，由三個上升階段和一個下降階段組成，每個階段最大化不同結構部件的需求。」

Yim、Lomonaco和內華達州里諾的合作者開發了一種新的基於物理的方法，工程師可以用它來設計橋樑連接、鋼軸承和柱子，以更好地抵禦海嘯。通過對模型橋的豎向和水平剛度的修正，他們發現力向支撐子結構的傳遞發生了顯著的變化。Lomonaco說:「橋下形成的高壓對橋的穩定性起了重要作用，並測試了不同的緩解措施，從彌合梁之間的縫隙到在混凝土甲板上進行通風。」實驗為設計指導方針和計算建模開發和驗證創建了一個全面的資料庫。這一發現和即將開展的橋樑與海嘯相互作用的研究可以直接應用於橋樑的設計和改造。例如，排氣的效果可以減少高壓下的發展。

Yim說:「Ian Buckle是橋樑設計和大規模實驗方面的專家。」「海嘯的衝擊荷載更多地來自我和佩德羅的地區。這項工作把UNR和OSU的專業知識結合在一起。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！