具有肢体启发架构的桥梁可以承受地震,减少维修费用

漂亮的桥梁的结构损伤可能是数十亿美元的维修。新桥梁设计承诺耐损害结构和较低的恢复成本。但如果这些设计尚未在现实​​世界中实施,预测它们如何损坏以及应实施的修复策略仍未解决。

在发表的一项研究中 结构工程学报,德克萨斯州A.&M University和科罗拉多大学,博尔德研究人员对使用学术界和工业专家小组进行了全面的损坏和修复了易于实施的桥梁设计。研究人员表示,专家反馈方法提供了一种独特而坚固的技术,可评估仍在早期研发阶段的桥梁设计的可行性。

“桥梁,特别是高地震区域的桥梁易受损坏,并且需要在某些时候进行维修。但现在问题是应该用于不同类型和损坏水平的问题,这些维修的成本是什么样的维修以及维修需要多长时间 - 这些都是新的桥梁设计所未知的,“佩罗斯·斯迪斯斯说:”助理教授 扎克里民政工程系。 “我们已经回答了这些问题的新颖桥梁设计,使用了结构工程中很少使用的方法。”

大多数桥梁是由混凝土制成的单片系统,倒在桥梁的形状上。这些桥梁足以支持自己的重量和其他负载,例如交通。然而,Sideris表示,如果出现意外发生地震活动,这些结构可能会破裂,并弥补损坏将过高昂贵。

具有肢体启发架构的桥梁可以承受地震,减少维修费用
混合滑动摇滚柱测试在基础设施更新的大型实验设施中心中测试./ Justin Baetge / Texas a&M Engineering

为了克服这些缺点,Sideris和他的团队已经开发出一个名为a的新设计 混合滑动摇滚桥。这些桥梁代替单片设计,由含有肢体鼓励的关节和段的柱制成。因此,在发生地震的情况下,关节允许从地面运动中的一些能量来漫射,同时段稍微移动,彼此滑动而不是弯曲或开裂。尽管混合动力滑动桥梁设计的整体上诉,但对于桥梁在现实世界的情况下,众所周知。

“为了找到正确的修复策略,我们需要知道损坏的样子,”斯迪斯说。 “我们的桥梁设计比较新,所以我们可以参考的科学文学很少。因此,我们采取了一种非常规方法来填补我们在桥梁损坏和维修方面的专家小组填补我们的差距。“

对于他们的学习,科罗拉多大学,博尔德教授,博尔德,博尔德和团队招募了一支来自工业和学术界的八个专家小组,以确定实验测试的混合滑动摇摆段设计柱的损害状态。根据他们对观察到的损害的评估,小组提供了维修策略和估计的维修费用。然后,研究人员使用该信息来修复破碎的列,在相同的初始损伤导致条件下重新测试列,并通过计算调查将修复的列的行为与原始列的行为进行比较。

该小组发现,与使用传统设计建造的桥梁相比,由于其设计的柱子持续了较小的损坏。事实上,即使受到激发强大的一千千年地震的运动,柱子也表现出很少的损害。此外,植物和碳纤维可以相对较快地修复损伤,表明还需要恢复需要特殊策略。

“固定桥梁是一个缓慢的过程,并且成本大量资金,然后间接影响社区,”Sideris说。 “从长远来看,可能具有更大的初始成本的新型桥梁设计可能更有益,因为它们是坚固的。保存的款项可以用于帮助社区而不是修理基础设施。“

这项工作由国家科学基金会资助。

其他贡献者包括来自科罗拉多大学的前研究生研究员Jakub Valigura,德克萨斯州民间和环境工程部的前研究生博尔德和穆罕默德·萨利赫 &M.



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