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模拟显示桥梁在地震中如何受损以及我们如何预防地震

东京都立大学的研究人员进行了详细的模拟,展示了一种常见类型的桥梁在大地震中是如何倒塌的。他们模拟了I形梁桥,从两端开始逐步观察它们在侧向力作用下屈服和变形的机制。事实证明,加强肋可有效抵抗侧向力并提高承载能力。他们的工作要点将工程师与合理的设计策略联系起来,以构建更具弹性的基础设施。

大地震会对基础设施造成破坏性影响。例如,一座严重受损的桥梁的影响不仅限于降临在桥上的人身上的悲剧,还延伸到失去通道如何影响紧急服务、疏散工作和重要物资的运输。因此,了解地震活动如何影响普通桥梁结构至关重要,这不仅是为了建造能够承受强震的桥梁,也是为了如何通过有效加固来防止现有桥梁倒塌。

尽管存在许多用于评估桥梁上部结构弹性的模型,但在大多数情况下,很少有示例可以检查整个桥梁结构的每个部分在大规模地震中的行为。

东京都立大学JunMurakoshi教授领导的团队一直在研究能够准确反映整个结构真实行为的详细模型,重点是它们如何为新的设计策略提供信息。他们研究了I形梁桥的横向摇晃引起的破坏过程和对承载能力的影响,这是一种跨度为30米的常见桥梁,由支撑钢梁组成,其横截面形状为看起来像一个带有平板的大写字母“I”。他们让模型桥梁承受地震时常见的侧向力,并考虑在纵向和横向方向上对大梁施加力时的反应。

该模型显示了桥梁如何屈服和变形的详细图片。例如,当横向受力时,首先受影响的部分是支撑上的竖向加强筋的下部,其次是端部横梁的斜杆屈服。然后垂直加劲肋继续屈服,直到最后,节点板(连接横向构件的钢板)开始变形。虽然这不会导致桥梁倒塌,但已经有报道称在大规模地震后变形阻碍了紧急车辆的通过。

现在的问题是我们如何防止这种情况发生。该团队继续研究加强肋对结构的影响:带有加强肋的模型显示作用在大梁和连接它们的端部横梁上的应力是如何减少的。因此,该团队的工作提供了关于如何设计和加固桥梁结构以使我们的基础设施更安全的理性见解,以及评估其安全性的更好策略。

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