设计抗海啸桥梁需要进行范式转换

包括俄勒冈州立大学两位科学家在内的研究人员在一项新研究中指出，评估桥梁海啸风险需要进行范式转换。

这项研究的动机部分是由于最近在日本海岸和印度洋发生的海啸中被毁的数百座桥梁，在海啸闯入桥梁时提升了对物理学的理解 - 打开了设计沿海跨度的大门能够更好地抵御巨浪的淹没。

研究人员表示仅仅考虑桥梁的整体海啸负荷是不够的 - 桥梁的各个结构部件的负荷也需要考虑。

在过去的15年里，震中位于日本和印度尼西亚沿海海域的大地震引发了海啸，造成25万多人死亡，造成超过2000亿美元的损失。损坏包括冲走或以其他方式驱逐数百座桥梁，强调需要更好地了解波浪影响的基础物理。

该研究发表在“海洋科学与工程杂志”上，涉及在内华达大学里诺分校建造一座1：5比例的开放式桥梁模型。

然后将完成的模型运到俄勒冈州立大学，在OH Hinsdale波浪研究实验室的大波浪水槽中进行测试，该水槽长104.24米，宽3.66米，深4.57米。

“包括所有结构细节，如钢梁和代表道路的混凝土甲板，”研究合作者，实验室主任Pedro Lomonaco说。“当我们对海啸波的冲击力进行一系列测试时，这座桥完全用于测量桥梁的压力，力和加速度。”

波浪施加水平和垂直力，结果表明这两个最大值不一定同时发生。鉴于流行的想法，这是一个重要的发现。

“与建议的做法相反，同时在桥面重心处施加最大水平力和最大垂直力不允许对结构构件之间的单个连接进行保守的上升估计，”OSU的共同作者Solomon Yim说。工程学院。

迄今为止，大多数研究，Yim和Lomonaco指出，已经研究了总载荷，而不是单个梁，甲板室，轴承和连接处的应力。

“在最近的海啸中，轴承连接断裂是主要的桥梁损坏类型，表明量化海啸对这些部件的影响并破解基础物理是至关重要的，”Yim说。“我们的研究揭示了一个复杂的桥梁淹没机制，包括三个隆起阶段和一个下降阶段，每个阶段最大化不同结构组件的需求。”

内华达 - 里诺的Yim，Lomonaco和合作者开发了一种新的，基于物理的方法，工程师可以使用它来设计桥梁连接，钢轴承和柱子，以更好地抵御海啸。

通过修改模型桥的垂直和水平刚度，他们发现力传递到支撑基础结构发生了显着变化。

“在桥下发展起来的高压对桥梁的稳定起到了重要作用，并且测试了不同的缓解措施，从封闭梁之间的间隙到在混凝土桥面上进行通风，”Lomonaco说。“这些实验为设计指南和计算模型的开发和验证创建了一个综合数据库。这个和即将进行的桥梁和海啸相互作用研究的结果可以直接应用于桥梁的设计和改造。例如，通风的影响。减少高压力的发展。“

内华达 - 里诺的伊恩·巴克尔和研究生丹尼斯·伊斯特拉蒂领导了这项由联邦公路管理局和俄勒冈州交通局支持的研究。

“Ian Buckle是桥梁设计和大型实验的专家，”Yim说。“海啸冲击载荷更多地是我和佩德罗的区域。这项工作将UNR和OSU的专业知识结合在了一起。”

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