Как сделать большие мосты устойчивыми к землетрясениям?

Как сделать большие мосты с пролетами порядка 1 км устойчивыми к землетрясениям?

Я не специалист по землетрясениям, но есть как минимум два вида тряски: боковая и вертикальная. В частности, вертикальное колебание действительно беспокоит меня. Я не знаю, как любой вид амортизации может быть встроен в массивную, высокую конструкцию, такую ​​как здание или мостовая башня.

(Первоначально я собирался спросить о подвесных мостах, но потом я прочитал, что подвесные мосты не очень хороши для тяжелых поездов. История вопроса заключается в том, что я изучал идею Берингова моста (от Аляски до Сибири, пересекающего Берингов пролив). ), который был бы в первую очередь железнодорожным мостом. И он должен был бы обрабатывать грузовые поезда, самый тяжелый из всех, иногда превышающий 100 тонн на вагон.)

Поэтому я просто задам вопрос о больших мостах в целом.

Я думаю, что самое большое землетрясение на Аляске было 9,4 балла по шкале Рихтера в 1964 году, ударив Фэрбенкс. (Я не знаю, как конвертировать в шкалу момент-величина). Можно ли построить большие мосты, которые от этого не рухнут? В идеале мы хотим, чтобы мост не разрушился во время землетрясения, даже если он находится под полной нагрузкой.

PS Я знаю, что строить такой мост не выгодно. С одной стороны, на дальнем востоке Сибири нет железнодорожной сети (или вообще много цивилизации). Был предложен проект туннеля, который, я думаю, они сказали, что он дешевле моста, чего я не мог понять, потому что копаться в крутых скалах кажется намного сложнее, чем вбивать кучу на глубине 50 метров. Проект тоннеля был приостановлен IIRC, что неудивительно.

Во всяком случае, я просто исследую, является ли такой мост технически возможным и может быть устойчивым к землетрясениям. Если вам нужно что-то ближе к реальности, я полагаю, мы можем посмотреть на мост Золотые Ворота в Сан-Франциско. Я видел здесь, что они работали, чтобы сделать его безопасным при землетрясениях до 8,3, но это не входило в детали. И имейте в виду, что мост Золотые Ворота не обслуживает грузовые поезда.

В любом случае, возможно ли выдерживать землетрясения или серьезно сопротивляться землетрясениям на больших мостах, нагруженных грузовым поездом? Мост не обязательно должен оставаться полностью неповрежденным. Я просто не хочу, чтобы он бросил поезд в океане.

Это возможно?

Вы никогда не можете сделать что-то доказательство землетрясения, но есть много вещей, которые можно сделать, чтобы противостоять землетрясениям.

В зонах землетрясения построены мосты с длинными пролетами. Например, мост Акаси Кайкё в Японии в настоящее время является самым длинным пролётным мостом в мире и находится в сильной сейсмической зоне. Он рассчитан на землетрясение силой 8,5 баллов. Фактически он был подвергнут землетрясению магнитудой 7,2 во время строительства . В другом ответе galtor упомянул мост через залив Сан-Франциско, который был модернизирован для повышения сейсмоустойчивости. Поэтому проектирование мостов, способных противостоять сильным землетрясениям, безусловно, возможно и уже сделано.

Что можно сделать для улучшения сейсмостойкости моста?

Настроенные демпферы массы используются в высоких зданиях, а также в мостах для противодействия движению, вызванному землетрясениями, а также ветром и другими боковыми нагрузками. Мост Акаси Кайкё использует, например, TMD в опорных башнях.

Изоляция основания является одним из наиболее распространенных методов, используемых для противодействия движению землетрясения. Это устройства, которые по существу отделяют горизонтальное движение фундамента от остальной части конструкции с помощью подшипников скольжения определенной формы. При правильном проектировании это может значительно снизить ущерб от землетрясения.

Сейсмические демпферы также распространены. Это ряд устройств, которые удаляют сейсмическую энергию из конструкции, аналогично тому, как амортизаторы на автомобиле удаляют энергию вибрации автомобиля, проезжающего по неровной дороге.

Эти технологии хорошо поняты и часто используются в мостах и ​​зданиях. Существуют и другие экспериментальные методы, которые также возможны, такие как: изоляция качания или системы активного демпфирования (управляемые компьютером амортизаторы).

При желании эти устройства также могут использоваться в комбинации для дальнейшего усиления реакции землетрясения.

В стандартной практике сейсмического проектирования конструкция спроектирована таким образом, чтобы выдерживать некоторые повреждения. Это повреждение, где это возможно, сосредоточено в элементах, которые легче заменить (балки и скобы), и которые не повлекут за собой непропорциональный коллапс в случае повреждения.

Конечно, технически выполнимо проектировать большие мосты, чтобы противостоять землетрясению. Особенно, если не было никаких финансовых ограничений.

Вы можете найти это полезное чтение: Как работают сейсмостойкие здания . Методы, используемые на зданиях, могут также применяться к мостам.

На самом деле очень длинные мосты (и сверхвысокие здания) часто имеют меньше проблем с землетрясениями, чем их меньшие братья. Это связано с тем, что они, как правило, гораздо более гибкие и, следовательно, имеют более низкие фундаментальные периоды, что делает их менее восприимчивыми к резонансу в их основных модах. Фундаментальные моды - это колебательные модели, которые включают большую часть структурной массы. Чрезвычайным упрощением было бы то, что основная конструкция качается так медленно, что едва замечает быстрые движения землетрясения. Немного похоже на большой корабль в маленьких волнах.

В общем, «средние» структуры с основными частотами, скажем, от 1 Гц до 10 Гц, обычно подвергаются гораздо более сильному воздействию, так как существует гораздо больший риск фундаментального резонанса, приводящего к очень большим эффектам нагрузки. Для очень больших и тонких конструкций ветровая инженерия, как правило, является более сложной задачей, чем землетрясение.

Однако опоры и опоры и их соединения с главной палубой моста имеют решающее значение, поскольку они обычно намного жестче, чем мост в целом. А учитывая инвестированную сумму и потенциально ужасные последствия отказа крупной конструкции, конечно, много усилий будет приложено к выполнению и проверке (и тройной проверке) сейсмостойкого строительства каждой части сооружения. Я просто указываю на то, что проблемы не просто пропорциональны масштабу, более крупные структуры не обязательно труднее «сейсмостойки», чем более мелкие.

Я собираюсь сосредоточиться в одном из самых известных мостов этих условий в последние годы: Сан-Франциско Бэй Бридж.

Этот мост не планируется для поездов, и поэтому они испытаны с огромными гидравлическими домкратами (см. Здесь ). Этот мост предназначен не для разрушения во время землетрясения, а просто для того, чтобы пережить небольшие поломки, которые можно легко отремонтировать.

При землетрясениях одним из важных моментов, которые были обнаружены, является то, что башня моста должна сопротивляться и не падать. И это ключевой момент в нынешнем мосту, так как он имеет индивидуальный и дорогой подвал, а главная башня разделена на четыре части, чтобы не разрушиться полностью ( см. Здесь ). Мост может быть прочным и неразрушимым, но эстетически он будет намного уродливее и, вероятно, дороже для увеличения бетона и других материалов.

В отличие от более обычных висячих мостов, в которых параллельные тросы надеваются на башни и закрепляются на обоих концах в камне или бетоне, мост Сан-Франциско-Окленд-Бэй имеет только одну башню и один кабель, который прикрепляется к самой дорожной палубе, проходя от восточный конец к западному концу и обратно.

Нет смысла защищать римские мосты среди других. Римляне просто тестировали проекты эмпирически, пока не поняли, что им противостоит определенная модель, но в то время инженерия моста была не слишком большой.