Як можна зробити великі мости стійкими до землетрусів?

Як великі мости із прольотами на відстань 1 км можуть бути стійкими до землетрусів?

Я не фахівець з землетрусів, але є щонайменше два види струшування: бічне та вертикальне. Вертикальне тремтіння, зокрема, мене справді хвилює. Я не знаю, як будь-який вид амортизації може бути вбудований в масивну високу споруду, як будівля або мостова вежа.

(Я спочатку збирався запитати про підвісні мости, але потім прочитав, що підвісні мости не чудово підходять для важких поїздів. Основа цього питання полягає в моєму дослідженні ідеї Берингового мосту (від Аляски до Сибіру, ​​що перетинає Берингову протоку ), що в першу чергу буде залізничним мостом. Йому потрібно керувати вантажними поїздами, найважчими з яких іноді перевищують 100 тонн на вагон.)

Тож я просто поставлю питання про великі мости взагалі.

Я думаю, що найбільшим землетрусом на Алясці був масштаб 9,4 Ріхтера в 1964 році, який вразив Фербенкс. (Я не знаю, як перетворити на шкалу Момент-Величина). Чи можна будувати великі мости, які від цього не руйнуються? В ідеалі ми хочемо, щоб міст не руйнувався під час землетрусу, навіть якщо він знаходиться під повним навантаженням.

PS Я знаю, що нерентабельно будувати такий міст. З одного боку, на далекому сході Сибіру немає залізничної мережі (або багато цивілізації взагалі). Був запропонований проект тунелю, який, на мою думку, сказав, що він дешевший за міст, який я не міг зрозуміти, тому що копати крізь тверду скелю здається набагато важче, ніж проїхати купу в 50-метровій глибині води. Проект тунелю був призупинений IIRC, не дивно.

У будь-якому випадку я просто досліджую, чи такий міст є технічно можливим і може бути стійким до землетрусу. Якщо вам потрібно щось ближче до реальності, я гадаю, ми зможемо подивитися на місто Золоті ворота в Сан-Франциско. Я бачив тут, що вони працювали над тим, щоб зробити це безпечним у землетрусах до 8,3, але це не вдавалось у деталі. І майте на увазі, міст Золотих Воріт не обслуговує вантажні поїзди.

У будь-якому випадку, чи можна здійснити землетрус або серйозно протистояти землетрусам у великих мостах, завантажених вантажним поїздом? Міст не обов'язково повинен залишатися повністю непошкодженим. Я просто не хочу, щоб він потягнув і скинув поїзд в океан.

Чи можливо це?

Ніколи не можна зробити щось, що підтверджує землетрус, але є багато речей, які можна зробити, щоб протистояти землетрусам.

У зонах землетрусів побудовані мости довгим прольотом. Наприклад, міст Акасі Кайкіо в Японії в даний час є найдовшим мостом в усьому світі і знаходиться в суворій сейсмічній зоні. Він розроблений, щоб витримати землетрус магнітудою 8,5. Фактично під час будівництва піддався землетрусу магнітудою 7,2 . Галтор згаданий в іншій відповіді міст Сан-Франциско-Бей, який був модернізований для покращення його сейсмічної стійкості. Тож проектування мостів для протистояння сильним землетрусам, безумовно, можливо і було зроблено.

Що можна зробити, щоб поліпшити стійкість мосту до землетрусу?

Налагоджені амортизатори використовуються як у високих будівлях, так і в мостах для протидії руху через землетруси, а також від вітру та інших бічних навантажень. Мост Акасі Кайкіо використовує, наприклад, ТМД у підвісних вежах.

Базова ізоляція - одна з найпоширеніших методик, що застосовуються для протистояння руху землетрусів. Це пристрої, які по суті відокремлюють горизонтальний рух фундаменту від решти конструкції, використовуючи певну форму підшипників ковзання. Якщо правильно розроблено, це може значно зменшити шкоду від землетрусу.

Сейсмічні демпфери також поширені. Це цілий ряд пристроїв, які діють для вилучення сейсмічної енергії з конструкції, аналогічно тому, як амортизатори на автомобілі видаляють енергію вібрації автомобіля, що переходить через нерівну дорогу.

Ці технології добре розуміються і часто використовуються в мостах і будівлях. Можливі й інші експериментальні методи, такі як: ізоляція гойдання або активні системи демпфування (демпферні керовані комп’ютером).

При бажанні ці пристрої також можна використовувати в поєднанні для подальшого посилення реакції на землетрус.

У стандартній практиці сейсмічного проектування конструкція призначена для ушкодження певних пошкоджень. Пошкодження, де це можливо, сконцентровано в елементах, які легше замінюються (балки та підтяжки), і які не призведуть до непропорційного колапсу при пошкодженні.

Це, безумовно, технічно можливо спроектувати великі мости, щоб протистояти навантаженню землетрусу. Особливо, якщо не було фінансових обмежень.

Це може бути вам корисним читанням: Як працюють землетрусні будівлі . Методи, що застосовуються на будівлях, також можуть застосовуватися до мостів.

Насправді дуже довгі мости (і надвисокі будівлі) часто мають менше проблем із землетрусами, ніж їх менші брати. Це пояснюється тим, що вони, як правило, набагато гнучкіші і, отже, мають менші фундаментальні періоди, що робить їх менш сприйнятливими до резонансу у своїх основних режимах. Фундаментальні режими - це коливальні структури, які включають більшість структурної маси. Надзвичайним спрощенням було б те, що основна споруда коливається так повільно, що вона ледве помічає швидкі рухи землетрусу. Трохи схожий на великий корабель невеликими хвилями.

Загалом, структури середнього розміру, з основними частотами між скажімо 1 Гц і 10 ГГц, зазвичай зазнають набагато більшого впливу, оскільки існує набагато більший ризик фундаментального резонансу, що призводить до дуже великих ефектів навантаження. Для дуже великих і струнких конструкцій вітроенергетика, як правило, є більшим завданням, ніж землетрусна техніка.

Однак пірси та опори та їх з'єднання з основною палубою мосту є критично важливими, оскільки вони, як правило, набагато жорсткіші, ніж міст в цілому. Зважаючи на вкладену суму та потенційно жахливі наслідки відмови великої споруди, звичайно, буде докладено багато зусиль для виконання та перевірки (та потрійної перевірки) землетрусної інженерії кожної частини споруди. Я просто вказую, що проблеми не просто пропорційні масштабу, а більші структури не обов'язково важче "землетрусних", ніж менші.

Я збираюся в центрі одного з найвідоміших мостів останніх років: Міст Бей Сан-Франциско.

Цей міст не планується для поїздів, і тому вони випробовували величезні гідравлічні домкрати (див. Тут ). Цей міст розрахований не на руйнування під час землетрусу, а лише на невеликі поломки, які можна було легко відремонтувати.

Коли землетруси були найважливішими, що башта мосту повинна чинити опір, а не впадати. І це ключовий момент у нинішньому мосту, оскільки він має індивідуальний і дорогий підвал, а головна вежа розділена на чотири частини, щоб не зруйнувати повністю ( див. Тут ). Міст міг би бути міцним і незнищенним, але естетично він був би набагато потворнішим і, ймовірно, дорожчим для збільшення бетону та інших матеріалів.

На відміну від більш звичайних підвісних мостів, в яких паралельні кабелі прокладені над вежами і закріплені з обох кінців у скелі чи бетоні, міст у затоці Сан-Франциско Окленд має лише одну вежу та єдиний кабель, який закріплений на самій дорожковій настилі, петляючи від східний кінець до західного кінця і знову назад.

Немає сенсу захищати римські мости серед інших. Римляни просто емпірично випробували конструкції, поки не зрозуміли, що конкретна модель чинить опір, але техніка мостів була не надто великою в ті часи.