设计抗海啸桥梁需要范式转换

设计抗海啸桥梁需要范式转换

包括俄勒冈州立大学两名科学家在内的研究人员在一项新研究中称，评估桥梁海啸风险需要范式转换。研究的动力一部分是数以百计的桥梁被毁在最近的海岸的海啸日本和在印度洋,进步的理解物理学在工作当海啸猛烈撞击桥梁——打开大门设计沿海跨度能更好地抵御洪水的巨浪。研究人员说，仅仅从桥梁的整体海啸荷载来考虑是不够的，还需要考虑桥梁单个结构构件的荷载。

在过去15年里，震中位于日本和印度尼西亚海岸附近海域的大地震引发了海啸，造成25万人死亡，超过2000亿美元的损失。损坏包括冲走或以其他方式移动数百座桥梁，强调需要更好地理解海浪影响的基础物理。该研究发表在《海洋科学与工程杂志》(Journal of Marine Science and Engineering)上，涉及在内华达大学里诺分校(University of Nevada-Reno)一座开梁桥的1:5比例模型的构建。

完成后的模型被运往OSU，在O.H. Hinsdale波浪研究实验室的大浪水槽中进行测试。大浪水槽长104.24米，宽3.66米，深4.57米。“所有的结构细节都包括在内，比如钢梁和代表道路的混凝土甲板，”实验室主任佩德罗·洛莫纳科(Pedro Lomonaco)说。“当我们对海啸波的冲击力进行一系列测试时，这座桥被完整地测量了压力、力和加速度。”波浪同时施加水平力和垂直力，结果表明这两个最大值不一定同时出现。考虑到目前流行的观点，这是一个重要的发现。“与推荐的做法相反，同时在桥面重心施加最大水平力和最大垂直力，不允许对结构部件之间的单个连接进行保守的隆起估计，”合著者、俄勒冈州立大学工程学院的Solomon Yim说。

Yim和Lomonaco注意到，迄今为止的大多数研究都是对总荷载进行了研究，而不是对单个梁、甲板室、轴承和连接件施加的应力进行了研究。Yim说:“在最近的海啸中，桥梁损坏的主要类型是承重连接处的断裂，这表明，量化海啸对这些部件的影响并解读其潜在物理机制至关重要。”“我们的研究揭示了一个复杂的桥梁淹没机制，由三个上升阶段和一个下降阶段组成，每个阶段最大化不同结构部件的需求。”

Yim、Lomonaco和内华达州里诺的合作者开发了一种新的基于物理的方法，工程师可以用它来设计桥梁连接、钢轴承和柱子，以更好地抵御海啸。通过对模型桥的竖向和水平刚度的修正，他们发现力向支撑子结构的传递发生了显著的变化。Lomonaco说:“桥下形成的高压对桥的稳定性起了重要作用，并测试了不同的缓解措施，从弥合梁之间的缝隙到在混凝土甲板上进行通风。”实验为设计指导方针和计算建模开发和验证创建了一个全面的数据库。这一发现和即将开展的桥梁与海啸相互作用的研究可以直接应用于桥梁的设计和改造。例如，排气的效果可以减少高压下的发展。

Yim说:“Ian Buckle是桥梁设计和大规模实验方面的专家。”“海啸的冲击荷载更多地来自我和佩德罗的地区。这项工作把UNR和OSU的专业知识结合在一起。