สะพานขนาดใหญ่สามารถทนต่อการเกิดแผ่นดินไหวได้อย่างไร

สะพานขนาดใหญ่ที่มีระยะทางประมาณ 1 กม. สามารถทนต่อการเกิดแผ่นดินไหวได้อย่างไร

ฉันไม่เชี่ยวชาญเรื่องแผ่นดินไหว แต่มีอย่างน้อยสองชนิดของการสั่น: ด้านข้างและแนวตั้ง การสั่นในแนวดิ่งทำให้ฉันเป็นกังวลจริงๆ ฉันไม่รู้ว่าการดูดซับแรงสั่นสะเทือนชนิดใดสามารถสร้างเป็นโครงสร้างขนาดใหญ่ที่สูงเช่นอาคารหรือหอสะพาน

(เดิมฉันจะถามเกี่ยวกับสะพานแขวน แต่แล้วฉันอ่านว่าสะพานแขวนไม่เหมาะสำหรับรถไฟหนักพื้นหลังของคำถามนี้อยู่ที่การสำรวจความคิดเกี่ยวกับสะพาน Bering (จาก Alaska ถึง Siberia ข้ามช่องแคบแบริ่ง) ) ซึ่งจะเป็นสะพานรถไฟเป็นหลักและมันจะต้องจัดการกับรถไฟบรรทุกสินค้าที่หนักที่สุดของบางครั้งเกิน 100 ตันต่อคัน)

ดังนั้นฉันจะถามคำถามเกี่ยวกับสะพานขนาดใหญ่โดยทั่วไป

ฉันคิดว่าแผ่นดินไหวที่ใหญ่ที่สุดในอะแลสกาคือ 9.4 Richter Scale ในปี 1964 ซึ่งกระทบกับแฟร์แบงค์ (ฉันไม่ทราบวิธีการแปลงเป็นสเกลช่วงเวลา - ขนาด) เป็นไปได้ไหมที่จะสร้างสะพานขนาดใหญ่ที่จะไม่ยุบลงไป? โดยหลักการแล้วเราต้องการให้สะพานไม่พังในระหว่างเกิดแผ่นดินไหวแม้ว่าจะเต็มไปด้วยภาระก็ตาม

PS ฉันรู้ว่ามันไม่คุ้มค่าที่จะสร้างสะพาน สำหรับสิ่งหนึ่งตะวันออกไกลไซบีเรียไม่มีเครือข่ายรถไฟ (หรืออารยธรรมทั่วไปโดยทั่วไป) มีโครงการอุโมงค์ที่เสนอซึ่งฉันคิดว่าพวกเขาบอกว่าราคาถูกกว่าสะพานซึ่งฉันไม่เข้าใจเพราะขุดผ่านหินแข็งดูเหมือนจะยากกว่าการขับกองในน้ำลึก 50 เมตร โครงการอุโมงค์ถูกระงับ IIRC ไม่แปลกใจ

อย่างไรก็ตามฉันแค่สำรวจว่าสะพานดังกล่าวเป็นไปได้ทางเทคนิคและสามารถทนต่อการไหวสะเทือน หากคุณต้องการบางสิ่งที่ใกล้เคียงกับความเป็นจริงฉันคิดว่าเราสามารถดูสะพานโกลเดนเกตในซานฟรานซิสโกได้ ฉันเห็นที่นี่พวกเขากำลังทำงานเพื่อให้ปลอดภัยในการสั่นสะเทือนถึง 8.3 แต่มันไม่ได้ลงรายละเอียด และโปรดทราบว่าสะพานโกลเดนเกตไม่ได้จัดการกับรถไฟบรรทุกสินค้า

อย่างไรก็ตามมีความเป็นไปได้ที่จะเกิดแผ่นดินไหวหรือต้านทานแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ในสะพานขนาดใหญ่ที่บรรทุกรถไฟบรรทุกสินค้าหรือไม่? สะพานนั้นไม่จำเป็นต้องเสียหายต่อไปอย่างสมบูรณ์ ฉันแค่ไม่อยากให้มันลงและลงรถไฟในมหาสมุทร

เป็นไปได้ไหม

คุณไม่สามารถทำสิ่งที่พิสูจน์แผ่นดินไหว แต่มีหลายสิ่งที่สามารถทำได้เพื่อต้านทานการเกิดแผ่นดินไหว

มีสะพานระยะยาวที่สร้างขึ้นในเขตแผ่นดินไหว ตัวอย่างเช่นสะพานAkashi Kaikyoในญี่ปุ่นปัจจุบันเป็นสะพานข้ามที่ยาวที่สุดในโลกและอยู่ในเขตแผ่นดินไหวที่รุนแรง มันถูกออกแบบมาเพื่อทนต่อแผ่นดินไหวขนาด 8.5 ในความเป็นจริงมันเกิดแผ่นดินไหวขนาด 7.2 ระหว่างการก่อสร้างในระหว่างการก่อสร้างgaltor ที่กล่าวถึงในอีกคำตอบสะพาน San Francisco Bay ซึ่งได้รับการดัดแปลงเพื่อปรับปรุงความต้านทานของแผ่นดินไหว ดังนั้นการออกแบบสะพานเพื่อต้านทานแผ่นดินไหวที่แข็งแกร่งจึงเป็นไปได้และเสร็จสิ้นแล้ว

สิ่งที่สามารถทำได้เพื่อปรับปรุงความต้านทานแผ่นดินไหวของสะพาน?

ตัวหน่วงการสั่นสะเทือนขนาดใหญ่ถูกนำมาใช้ในอาคารสูงเช่นเดียวกับในสะพานเพื่อต่อต้านการเคลื่อนไหวอันเนื่องมาจากแผ่นดินไหวเช่นเดียวกับลมและแรงทางด้านข้างอื่น ๆ สะพาน Akashi Kaikyo ใช้ TMDs ในเสาสัญญาณกันสะเทือน

การแยกฐานเป็นหนึ่งในเทคนิคทั่วไปที่ใช้เพื่อต้านทานการเคลื่อนไหวของแผ่นดินไหว เหล่านี้เป็นอุปกรณ์ที่แยกการเคลื่อนที่ในแนวนอนของฐานรากจากส่วนที่เหลือของโครงสร้างโดยใช้แบริ่งเลื่อนบางรูปแบบ หากออกแบบอย่างเหมาะสมสิ่งนี้สามารถลดความเสียหายจากแผ่นดินไหวได้อย่างมาก

แผ่นดินไหว Dampersก็เป็นเรื่องธรรมดา อุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่กำจัดพลังงานคลื่นไหวสะเทือนจากโครงสร้างคล้ายกับโช้คอัพในรถยนต์ที่เอาพลังงานการสั่นสะเทือนของรถไปบนถนนขรุขระ

เทคโนโลยีเหล่านี้เป็นที่เข้าใจกันดีและมักใช้ในสะพานและอาคาร มีเทคนิคการทดลองเพิ่มเติมที่เป็นไปได้เช่น: การแยกแบบโยกหรือระบบการทำให้หมาด ๆ ที่ใช้งานอยู่ (กระโปรงที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์)

หากต้องการอุปกรณ์เหล่านี้สามารถใช้ร่วมกันเพื่อเพิ่มการตอบสนองต่อแผ่นดินไหว

ในการออกแบบการไหวสะเทือนแบบมาตรฐานโครงสร้างถูกออกแบบมาเพื่อรองรับความเสียหายบางอย่าง ความเสียหายนี้จะเกิดขึ้นได้เมื่อใดก็ตามที่มีความเข้มข้นในองค์ประกอบที่ถูกแทนที่ได้ง่ายกว่า (คานและเหล็กดัดฟัน) และซึ่งจะไม่ส่งผลให้เกิดการยุบตัวแบบสมส่วนหากเกิดความเสียหาย

แน่นอนว่าเป็นไปได้ทางเทคนิคในการออกแบบสะพานขนาดใหญ่เพื่อต้านทานการเกิดแผ่นดินไหว โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากไม่มีข้อ จำกัด ทางการเงิน

คุณอาจพบนี้มีประโยชน์อ่าน: อาคารวิธีแผ่นดินไหวทนทำงาน เทคนิคที่ใช้ในอาคารยังสามารถนำไปใช้กับสะพาน

จริงๆแล้วสะพานที่ยาวมาก (และอาคารที่สูงมาก) มักมีปัญหาเรื่องแผ่นดินไหวน้อยกว่าพี่น้องที่มีขนาดเล็กกว่า นี่เป็นเพราะพวกเขามักจะมีความยืดหยุ่นมากขึ้นและดังนั้นจึงมีช่วงเวลาพื้นฐานที่ต่ำกว่าซึ่งทำให้พวกเขามีความไวน้อยกว่าที่จะสะท้อนในโหมดพื้นฐานของพวกเขา โหมดพื้นฐานคือรูปแบบการไหวที่รวมส่วนใหญ่ของมวลโครงสร้าง การทำให้เข้าใจง่ายที่สุดคือโครงสร้างหลักแกว่งไปมาอย่างช้าๆจนแทบสังเกตการเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วของแผ่นดินไหว เหมือนเรือขนาดใหญ่ที่มีคลื่นเล็ก ๆ

โดยทั่วไปโครงสร้างขนาดกลางที่มีความถี่พื้นฐานระหว่าง 1Hz ถึง 10 เฮิร์ตมักจะได้รับผลกระทบมากขึ้นเนื่องจากมีความเสี่ยงสูงกว่าในการสั่นพ้องพื้นฐานที่นำไปสู่ผลกระทบการโหลดขนาดใหญ่มาก สำหรับโครงสร้างที่มีขนาดใหญ่และเพรียวบางวิศวกรรมลมมักเป็นความท้าทายที่ใหญ่กว่าวิศวกรรมแผ่นดินไหว

อย่างไรก็ตามท่าเทียบเรือและตัวค้ำและการเชื่อมต่อของพวกเขาไปยังดาดฟ้าสะพานหลักมีความสำคัญเนื่องจากพวกเขามักจะแข็งกว่าสะพานโดยรวม และด้วยจำนวนเงินที่ลงทุนและผลที่ตามมาที่น่ากลัวของความล้มเหลวของโครงสร้างขนาดใหญ่แน่นอนว่าจะต้องใช้ความพยายามอย่างมากในการแสดงและตรวจสอบ (และการตรวจสอบสามครั้ง) วิศวกรรมแผ่นดินไหวในทุกส่วนของโครงสร้าง ฉันแค่ชี้ให้เห็นว่าปัญหาไม่ได้เป็นเพียงสัดส่วนตามสัดส่วนโครงสร้างขนาดใหญ่ไม่จำเป็นต้อง "พิสูจน์การเกิดแผ่นดินไหว" ได้ยากกว่าปัญหาเล็ก ๆ

ฉันจะมุ่งไปที่หนึ่งในสะพานที่มีชื่อเสียงที่สุดของเงื่อนไขเหล่านี้ปีที่ผ่านมา: สะพานซานฟรานซิสโกเบย์

สะพานนี้ไม่ได้มีการวางแผนสำหรับรถไฟดังนั้นพวกเขาจึงทดสอบด้วยแจ็คไฮดรอลิกขนาดใหญ่ (ดูที่นี่ ) สะพานนี้ออกแบบมาเพื่อไม่ให้พังในระหว่างเกิดแผ่นดินไหว แต่เพื่อให้ได้รับความเสียหายเล็กน้อยที่สามารถซ่อมแซมได้ง่าย

เมื่อเกิดแผ่นดินไหวหนึ่งในจุดสำคัญที่พบคือหอคอยของสะพานจะต้องต้านทานและไม่ล้ม และนี่คือจุดสำคัญในสะพานปัจจุบันเนื่องจากมีห้องใต้ดินส่วนบุคคลและมีราคาแพงและหอคอยหลักถูกแบ่งออกเป็นสี่ส่วนเพื่อไม่ยุบอย่างสมบูรณ์ ( ดูที่นี่ ) สะพานอาจมีความแข็งแกร่งและทำลายไม่ได้ แต่ในทางสุนทรียศาสตร์มันน่าเกลียดมากและอาจมีราคาแพงกว่าสำหรับการเพิ่มขึ้นของคอนกรีตและวัสดุอื่น ๆ

ซึ่งแตกต่างจากสะพานแขวนแบบธรรมดาที่สายเคเบิลขนานกับเสาและยึดที่ปลายทั้งสองด้านในหินหรือคอนกรีตสะพาน San Francisco Oakland Bay มีเพียงหอคอยเดียวและสายเคเบิลเดียวที่ยึดกับดาดฟ้าถนนโดยวนจาก ด้านตะวันออกไปทางด้านตะวันตกและกลับมาอีกครั้ง

มันไม่มีเหตุผลในการปกป้องสะพานโรมันท่ามกลางสิ่งอื่น ชาวโรมันเพิ่งทดสอบการออกแบบเชิงประจักษ์จนกว่าพวกเขาจะรู้ว่าแบบจำลองบางอย่างต่อต้าน แต่วิศวกรรมสะพานไม่ใหญ่เกินไปในเวลานั้น