以肢體為靈感科學家設計的新型橋樑有望以低成本實現高抗震性
據外媒New Atlas報導,現在的橋墩通常是由大型整體混凝土結構形成的,具有很高的強度,但一旦發生地震,就有可能出現裂縫。近日出現了一些其他的選擇,包括用肢體啟發的接頭和截面來建造這些承重結構,一項新研究表明,這不僅可以在地震活動下提供更高的耐久性,而且如果開始出現裂縫,還可以廉價地進行修復。
這項研究中的新型橋樑設計被稱為混合滑動搖晃橋,德克薩斯A&M大學的工程師們一直在研究這種設計,作為傳統設計的一種更抗震的替代方案。這些橋墩提供了與典型的混凝土橋墩相同的支撐,但由於受人類肢體啟發的活動關節和分段,能夠吸收更多的地面震動能量。如果地震來襲,各個節段會相互滑動,而不是開裂,至少是這樣的想法。但這在現實世界中如何發揮作用還有很多東西需要學習。
“我們的橋樑設計相對較新,所以我們可以參考的科學文獻很少,”研究作者Petros Sideris博士說。“於是,我們採取了一種非常規的方法,通過招募一個橋樑損壞和修復方面的專家小組來填補我們的知識空白。”
這個專家小組進行了一系列實驗,其中混合滑動搖晃橋墩受到模擬地震活動的運動。這使他們能夠觀察到發生的損壞,並提出修復的技術和成本估算。利用這些信息,他們修復了這些柱子,然後再將其置於更多的模擬地震活動中,這些地震活動首先破壞了這些柱子。
這些反复的實驗使團隊能夠將修復後的柱子與原始狀態下的柱子,以及以傳統方式建造的柱子的性能進行比較。工程師們發現,混合滑動搖晃柱比傳統設計的橋墩受到的破壞更小,即使在承受相當於幾千年一遇的地震的力量時,整體上的破壞也非常小。當它們確實受損時,工程師們發現它們可以很容易地用灌漿和碳纖維進行修補。
“修復橋樑是一個緩慢的過程,需要花費大量的資金,然後間接影響到社區,”ideris說。“全新的橋樑設計,可能會有更大的初始建設成本,從長遠來看,可能會更有利,因為它們更堅固。省下來的錢就可以用來幫助社區,而不是修基礎設施。”
該研究發表在《結構工程雜誌》上,Petros Sideris博士在下面的視頻中對混合型滑動搖擺橋進行了概述。