La combinación de tecnología de anclaje al suelo y puentes mejora en gran medida el efecto sísmico

La combinación de tecnología de anclaje al suelo y puentes mejora en gran medida el efecto sísmico:

Los terremotos ocupan el primer lugar entre todos los desastres naturales debido a su rapidez y poder destructivo.

Cuando llega el desastre del terremoto, el daño del puente en el área del terremoto significa la interrupción de la línea de vida, lo que obstaculiza directamente el progreso de las operaciones de socorro en casos de desastre, aumenta la pérdida de vidas y propiedades y las pérdidas económicas indirectas, y trae dificultades para la recuperación. y reconstrucción después del desastre.

¿Qué daño causará un terremoto a los puentes?

La hora y el lugar de ocurrencia del terremoto son impredecibles y tienen las características de corta duración y liberación violenta de energía. Los peligros de terremotos en puentes incluyen principalmente los siguientes cuatro aspectos:

(1) Choque de la superestructura: El fenómeno de caída de vigas causado por la falla de los conectores de soporte o la falla de las subestructuras a menudo ocurre en terremotos destructivos, la mayoría de los cuales ocurren en la dirección del puente (refiriéndose a la dirección del eje central del puente). puente).

2) Daño de los conectores de soporte: Los soportes del puente, las juntas de expansión, las llaves de corte, los conectores de soporte, etc., se consideran eslabones débiles en el sistema estructural del puente con un comportamiento sísmico relativamente débil.

La forma de falla del soporte se manifiesta principalmente como el desplazamiento del soporte, el desprendimiento del perno de anclaje, el cizallamiento, el cizallamiento del soporte activo y la destrucción de la estructura del soporte mismo.

(3) Daños en los estribos y pilares: si se daña la columna del pilar, la capacidad del puente para soportar terremotos se debilitará y se producirá el colapso.

El daño sísmico del estribo es más común en los terremotos, debido a la pérdida de capacidad portante de la cimentación, etc. causada por el deslizamiento del estribo, daño por colisión entre la plataforma y la superestructura, y la inclinación del estribo.

Una nueva tecnología sísmica de puente que proporciona un excelente rendimiento sísmico

Más de 1 millón de personas han muerto en 1.800 terremotos de magnitud 5 o superior registrados en todo el mundo desde el año 2000. Los puentes son la parte más vulnerable de la red de transporte cuando se produce un terremoto, lo que dificulta la respuesta de emergencia, las misiones de búsqueda y rescate y la entrega de ayuda, aumentando el número de muertes potenciales.

Si bien los ingenieros han diseñado estructuras que pueden soportar fuerzas naturales destructivas como tifones extremos, terremotos catastróficos como el terremoto de Haití de 2010 (más de 310,000 muertes) o el terremoto de la Universidad de Tohoku en Japón de 2011 (más de 20,{ {5}} muertes) siguen siendo un desafío.

Para mitigar los efectos de un terremoto tan grande, un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Sídney (UTS) ha desarrollado una aplicación que utiliza anclajes al suelo como el principal sistema de resistencia sísmica para, en última instancia, proteger los puentes de terremotos catastróficos.

A pesar de la implementación de códigos de diseño estrictos en todo el mundo y los avances tecnológicos en el diseño sísmico y la protección estructural, se necesita hacer más para reducir la mortalidad y las pérdidas financieras.

De particular importancia es el hecho de que la rápida urbanización ha creado mayores concentraciones de población en áreas sísmicamente activas como Japón e Indonesia, con una población registrada de 230,000 en el país luego de un terremoto en 2004.

El profesor asociado Fatahi y su equipo han desarrollado un modelo informático tridimensional avanzado que puede simular y evaluar la resiliencia sísmica de los puentes anclados que sufrieron el terremoto catastrófico más grande del mundo.

Su investigación encontró que al combinar la tecnología de anclaje al suelo con los puentes, el uso de múltiples hilos de acero de alta resistencia anclados en la formación puede proporcionar un excelente desempeño sísmico del puente. Es bien sabido que en el caso de consolidación de vigas de pilas, el movimiento de la superestructura del puente daña gravemente el puente e incluso lo colapsa tras la formación de rótulas plásticas en la zona curva. Los puentes que no estén consolidados darán como resultado la caída de vigas.

Otros tipos de puentes, como los puentes inclinados, producirán la rotación y la separación de la superestructura del puente, lo que provocará que la superestructura del puente se separe de los soportes y cause algún daño al estribo. Como sucedió en el terremoto de Chile de 2010. Además, el desplazamiento de la superestructura del puente traerá mayor fuerza cortante y momento de flexión a la subestructura del puente (incluyendo los pilares, pilotes de cimentación y soportes). Esto da como resultado la necesidad de aumentar la sección transversal de la ubicación correspondiente para acomodar las necesidades de terremotos más grandes.

Actualmente, los ingenieros de puentes utilizan amortiguadores viscosos, restricciones de cables y aleaciones con memoria de forma costosas para reducir el desplazamiento sísmico de las superestructuras de los puentes. Estos sistemas limitan el desplazamiento de la superestructura mediante la transferencia de fuerzas axiales considerables a los pilares o estribos, lo que genera mayores requisitos sísmicos, geometría y costos.

El principio de diseño de la nueva estructura discutida en este artículo es anclar efectivamente la superestructura en la capa dura del suelo detrás del pilar a través de múltiples anclajes al suelo, y la fuerza sísmica se transmitirá a la capa del suelo a través del sistema de anclaje al suelo con hilos de acero, que puede limitar efectivamente el deslizamiento hacia adelante y hacia atrás de la superestructura del puente

En "Protección de puente en voladizo segmentado aislado", publicado en la revista Soil Dynamics and Seismic Engineering, se usaron el mismo puente y la misma información sísmica para comparar los efectos de las restricciones del amortiguador viscoso y las restricciones del anclaje al suelo.

Al establecer un modelo numérico tridimensional complejo, este documento considera de manera integral la interacción entre la estructura y el suelo, la formación de bisagras plásticas y la no linealidad del material. El análisis de la historia del tiempo no lineal del puente utilizó señales sísmicas del terremoto de Northridge de 1994, el terremoto de San Fernando de 1971, el terremoto de Kobe de 1995 y el terremoto de Chi-Chi de 1999. Estas señales sísmicas han causado grandes daños a la estructura.

El modelo de anclaje al suelo tiene en cuenta la longitud libre y la longitud del anclaje del anclaje. La parte de longitud libre se simula mediante una unidad de cable y la parte de longitud de anclaje se simula utilizando conexiones más complejas para ilustrar la interacción de la lechada no lineal con el suelo. La acción deslizante del cuerpo de inyección y la formación rocosa se simula utilizando un resorte de plástico no lineal. Los resultados utilizados para evaluar incluyen el desplazamiento longitudinal de la superestructura y el momento de flexión de los pilares.

Los resultados muestran que después de utilizar la tecnología de anclaje al suelo, la superestructura del puente generó un desplazamiento longitudinal de 105 mm y 95 mm en el terremoto de Northridge y el terremoto de Kobe, respectivamente. En contraste, bajo el mismo terremoto, el desplazamiento longitudinal de los puentes con amortiguadores viscosos fue de 2019 mm y 1600 mm, respectivamente. Además, bajo la señal sísmica de Kobe, el esquema del amortiguador de viscosidad usó el 90 por ciento de la resistencia a la flexión del puente, mientras que el esquema de anclaje al suelo usó solo el 10 por ciento.

Además de las ventajas estructurales del anclaje al suelo, los investigadores también notaron que el amortiguador viscoso corría el riesgo de filtrar contenido de silicona, lo que podría causar que el amortiguador viscoso fallara por completo. Por lo tanto, el componente debe revisarse periódicamente.

Con el fin de probar el efecto del anclaje al suelo sobre el desempeño normal del puente, también se analizaron los efectos debido a la retracción, la fluencia y el pretensado. El análisis de la fase de construcción considera tres fases: la fase de construcción inicial, un año después de la finalización y 30 años después de la finalización.

En el análisis de la fase de construcción, se encontró que el anclaje al suelo tiene suficiente rigidez para suprimir el impacto sísmico de la superestructura del puente, mientras mantiene su propia flexibilidad, y no habrá problemas de daños por restricciones. Debido al bajo costo inicial de construcción de los anclajes al suelo, los sistemas de sujeción con anclaje al suelo son muy rentables. La tecnología de anclaje al suelo está fácilmente disponible y es económica en comparación con los sistemas que requieren una fabricación especializada, como los amortiguadores viscosos. Además, debido a la presencia del sistema de anclaje, el tamaño de la sección transversal de la subestructura se reduce considerablemente, el costo se reduce significativamente y la demanda sísmica se reduce. Del mismo modo, a diferencia de los amortiguadores viscosos, los sistemas de anclaje al suelo no requieren mantenimiento y no requieren controles frecuentes y continuos para mantener su eficacia. Estos beneficios sugieren que los sistemas de anclaje al suelo deben verse como una herramienta eficaz para los ingenieros de puentes de todo el mundo, especialmente en países afectados por terremotos severos.

El equipo de UTS está realizando actualmente un nuevo estudio para evaluar la efectividad del uso de anclajes de tierra en puentes diagonales para restringir la superestructura del puente. El equipo de investigación descubrió que al colocar el anclaje al suelo en ángulo en la superestructura del puente, el ángulo de rotación causado por el impacto de la superestructura del puente puede ser contrarrestado por el momento generado por el suelo. Estos hallazgos fortalecerán aún más la posición de los sistemas de anclaje al suelo como una herramienta poderosa que se puede utilizar para mejorar significativamente el comportamiento sísmico de los puentes que son vulnerables a daños por terremotos.