Мосты на вантовых опорах лучше работают во время землетрясений по сравнению с другими типами мостов. В мостах с вантовыми опорами есть сейсмически слабые места, которые могут стать источником повреждений, когда конструкция испытает землетрясение.
Большинство инженеров-мостостроителей считают, что существующие вантовые мосты не испытывали сильных землетрясений, поэтому выгодно исследовать слабые места. Потому что ни подходящая техника усиления не будет разработана, ни гораздо более прочный мост против землетрясения не может быть спроектирован, если не будут исследованы сейсмические слабые места мостов с вантовыми опорами.
Сейсмическая уязвимость мостов на вантовых опорах будет рассмотрена в следующих разделах.
Мост с вантовыми опорами
Работа мостов с вантовыми опорами во время землетрясений
Рассматриваются характеристики следующих типов мостов с вантовыми опорами во время землетрясений:
- Подвесные мосты
- Вантовые мосты
- Мосты во время строительства
Работа подвесных мостов во время землетрясений
Сейсмическая уязвимость подвесных мостов заключается в различных компонентах моста, которые будут описаны в следующих разделах. На рисунке 2 показаны части компонентов подвесного моста.
Различные части вантового подвесного моста
Башни подвесного моста во время землетрясений
Башни в подвесном мосту являются первым и начальным компонентом, к которому прикладывается нагрузка, и часто башни изготавливаются из стали. Слабым местом башен во время землетрясения являются пластинчатые элементы башен.
Пластинчатые элементы башен не являются прочными, поэтому они могут прогибаться. Смятие вала башни, который в первую очередь воспринимает нагрузки, поставит под угрозу целостность всей конструкции.
Причиной разрушения является не только большое смещение башни, но и то, что эффект P-дельты также значительно велик.
Во время землетрясения может произойти подъем фундамента, в результате чего башня будет двигаться вперед и назад и/или из стороны в сторону. Если одна сторона основания шахты отсоединяется от пирса, нагрузка смещается от первоначального положения.
Таким образом, сжимающая нагрузка на вал башни значительно увеличится, и в конечном итоге вал башни согнется. На рисунке 3 показаны различные части подвесного моста, среди которых показаны башни.
Практической мерой для предотвращения такого рода разрушения является установка вертикальных ребер жесткости на некомпактные пластины ячеек башни.
Стальной вал башни опирается на бетонные тумбы. Бетонные тумбы подвергаются локальным сильным изгибам и довольно сильным сотрясениям. Это может привести к образованию трещин растяжения и, возможно, отслоению бетонного покрытия. Для решения этой проблемы целесообразно использовать предварительно напряженные нити.
Части подвесного моста
Подвесной мост
Подвесные системы во время землетрясений
Самой сильной частью элементов подвесного моста с точки зрения устойчивости к землетрясениям является подвесная система, которая состоит из седла, тросовой ленты, подвесок и главного троса.
Такая интересная способность выдерживать толчки при землетрясениях может быть обусловлена большим запасом прочности при проектировании вант, гибкость вант поглощает значительные толчки.
Основным слабым местом подвесной системы во время землетрясения является проскальзывание соединения между седлами тросов и башней моста. Эта уязвимость при землетрясении возникает из-за огромного прогиба и большого угла наклона вант между главным и боковыми пролетами.
Седла для вант
Главный пролет и боковые пролеты подвесного моста
Балки жесткости во время землетрясений
Балки жесткости являются самыми слабыми частями подвесных мостов. Основное назначение балок жесткости – выдерживать живую нагрузку и ветровую нагрузку. Поэтому при землетрясении, превышающем ветровую нагрузку, они будут значительно разрушены.
В тех мостах, которые строятся достаточно долго, балки жесткости строятся в виде ферм. Боковые раскосы и их соединения испытывают большую часть повреждений, вызванных землетрясением. Поэтому усиление боковых балок и соединений считается подходящим способом сейсмической модернизации.
Балки жесткости моста “Золотые ворота”, примерно пятьдесят процентов верхних боковых скоб и соединений нуждаются в усилении.
Фундаменты во время землетрясений
Разжижение грунта, на котором закреплен фундамент, является наиболее опасной причиной повреждений при землетрясении. Поэтому очень важно иметь дело с грунтами, склонными к разжижению. Для этого можно использовать несколько методов, например, каменные колонны, уплотнение и сваи смещения.
Ветровые замки и деформационные швы
Деформационные швы и ветровые связи являются самым слабым элементом висячих мостов. Балки жесткости смещаются из стороны в сторону, когда мост испытывает сотрясения от землетрясения. Следовательно, подкосы испытывают большие прогибы, поскольку балки жесткости соединены с подкосами. Таким образом, если прогиб подкосов больше, чем способность компенсаторов и ветровых соединений, то они будут повреждены. Это сейсмически слабое место может быть решено путем увеличения прочности ветровых соединений и компенсаторов.
Характеристики вантовых мостов во время землетрясений
Вантовые мосты не отличаются от висячих мостов. Они имеют схожие пролетные строения – длинные и гибкие. Вантовые мосты и висячие мосты состоят почти из одинаковых компонентов и, следовательно, имеют одинаковые слабые места при землетрясениях, например, прогиб башни и разжижение почвы.
Как и подвесные системы в висячих мостах, стойки являются самой сильной частью вантового моста во время землетрясений. Следует сказать, что устойчивость башен в вантовых мостах к сейсмическим нагрузкам выше, чем у висячих мостов.
Это объясняется тем, что тросы работают как скобы. Если при строительстве опор и башен использовать бетон, то они будут намного слабее и более подвержены разрушению при землетрясениях.
Компоненты вантовых мостов
Вантовый мост Рио – Антиррио в Греции
Характеристики мостов при землетрясении во время строительства
Очевидно, что строящиеся мосты слабее и уязвимее к землетрясениям и получают больший ущерб по сравнению с ситуацией, когда строительство моста завершено. Это связано с тем, что частично построенный мост легко подвергается воздействию умеренных или даже меньших сейсмических сил землетрясения. Поэтому необходимо предусмотреть меры по защите конструкции во время строительства от сейсмических сил. В связи с тем, что одновременное возникновение землетрясений и движений под действием ветра встречается редко, поэтому в большинстве ситуаций, меры, направленные на предотвращение воздействия ветровых колебаний во время строительства сооружения, являются достаточным решением, чтобы избежать пагубного воздействия сейсмических сил.
Строящийся вантовый мост
Строящийся мост
Читать далее:
Типы мостов по пролетам, материалам, конструкциям, функциям, назначению и т.д.
Концептуальная сейсмическая конструкция и компоненты моста с вантовой опорой
Типы элементов и систем сборных мостов для строительства мостов
Планирование строительства мостов, включая последовательность и этапы планирования
Типы элементов и систем сборных мостов для строительства мостов
- Концептуальный сейсмический проект моста с вантовой опорой и его компоненты.
- Башни подвесных и вантовых мостов – функции и концептуальный дизайн.
- Мост Саншайн Скайвей: Уникальный вантовый мост во Флориде.
- Мост Королевского ущелья: Конструктивные элементы самого высокого моста в США.
- Мост Бандра-Ворли: Самый длинный в Индии вантовый мост в открытом море.
- Пизанская башня: Архитектурное чудо или инженерная неудача?.
- Эйфелева башня: Особенности конструкции железного гиганта.