以肢体为灵感 科学家设计的新型桥梁有望以低成本实现高抗震性

2020年10月27日 13:57 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒New Atlas报道,现在的桥墩通常是由大型整体混凝土结构形成的,具有很高的强度,但一旦发生地震,就有可能出现裂缝。近日出现了一些其他的选择,包括用肢体启发的接头和截面来建造这些承重结构,一项新研究表明,这不仅可以在地震活动下提供更高的耐久性,而且如果开始出现裂缝,还可以廉价地进行修复。

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这项研究中的新型桥梁设计被称为混合滑动摇晃桥,德克萨斯A&M大学的工程师们一直在研究这种设计,作为传统设计的一种更抗震的替代方案。这些桥墩提供了与典型的混凝土桥墩相同的支撑,但由于受人类肢体启发的活动关节和分段,能够吸收更多的地面震动能量。如果地震来袭,各个节段会相互滑动,而不是开裂,至少是这样的想法。但这在现实世界中如何发挥作用还有很多东西需要学习。

“我们的桥梁设计相对较新,所以我们可以参考的科学文献很少,”研究作者Petros Sideris博士说。“于是,我们采取了一种非常规的方法,通过招募一个桥梁损坏和修复方面的专家小组来填补我们的知识空白。”

这个专家小组进行了一系列实验,其中混合滑动摇晃桥墩受到模拟地震活动的运动。这使他们能够观察到发生的损坏,并提出修复的技术和成本估算。利用这些信息,他们修复了这些柱子,然后再将其置于更多的模拟地震活动中,这些地震活动首先破坏了这些柱子。

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这些反复的实验使团队能够将修复后的柱子与原始状态下的柱子,以及以传统方式建造的柱子的性能进行比较。工程师们发现,混合滑动摇晃柱比传统设计的桥墩受到的破坏更小,即使在承受相当于几千年一遇的地震的力量时,整体上的破坏也非常小。当它们确实受损时,工程师们发现它们可以很容易地用灌浆和碳纤维进行修补。

“修复桥梁是一个缓慢的过程,需要花费大量的资金,然后间接影响到社区,”ideris说。“全新的桥梁设计,可能会有更大的初始建设成本,从长远来看,可能会更有利,因为它们更坚固。省下来的钱就可以用来帮助社区,而不是修基础设施。”

该研究发表在《结构工程杂志》上,Petros Sideris博士在下面的视频中对混合型滑动摇摆桥进行了概述。

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