Resposta transiente de pilares de pontes sob impacto excêntrico de perto

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 16667 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Para estudar a influência do terremoto de quase falha na falha do pilar, estabeleça uma ponte de viga contínua de vão duplo. A resposta sísmica da ponte é calculada usando o método de expansão da função de onda transiente e o método de superposição da função de modo indireto. Resolva as respostas dinâmicas e de deslocamento e analise o efeito da separação vertical da ponte na compressão excêntrica do pilar. Os resultados mostram que sob a ação sísmica vertical próxima à falha, a separação pode alterar significativamente a deformação horizontal no topo do píer, e negligenciar a separação pode subestimar a compressão excêntrica do píer. Cálculos para diferentes alturas de pilares e vãos de vigas mostram que a separação tem um efeito maior na deformação longitudinal do topo do pilar. Portanto, o projeto razoável do dispositivo de limite longitudinal no topo do píer na área próxima à falha é útil para reduzir os danos do impacto excêntrico da ponte.

Sob a ação do terremoto, a destruição da ponte afeta o resgate após o desastre e traz dificuldades para a recuperação após o desastre1,2. Dada a colisão da ponte, a pesquisa atual se concentra na colisão de vigas adjacentes e na colisão entre a viga principal e o encontro, e algumas conquistas foram feitas3. Muitos estudiosos estabeleceram diferentes modelos para calcular a força de colisão e criaram um dispositivo razoável para reduzir a força de colisão estrutural4,5,6,7. No entanto, poucos estudos sobre colisão vertical, especialmente a colisão excêntrica entre a viga principal e o pilar da ponte.

Dados anteriores de monitoramento sísmico de falha distante mostram que a aceleração sísmica vertical é menor que a horizontal8. Castelli et al.9 analisaram a interação entre solo e estrutura sob terremotos verticais. Button et al.10 e Wang et al.11 pensaram que o projeto sísmico vertical é menos importante. Com a melhoria do nível de monitoramento, mais e mais dados mostram que a amplitude de aceleração sísmica vertical de campo próximo está próxima ou mesmo muito além da amplitude de aceleração sísmica horizontal. O valor máximo da aceleração vertical e horizontal V/H do terremoto de Kobe em 1995 é próximo a 212.

Thomas et al.13 realizaram análise modal na ponte de Tacoma e constataram que ignorar a componente sísmica vertical pode trazer maiores riscos, principalmente quando a frequência de excitação vertical do terreno está próxima da frequência natural da ponte. Borislav et al.14 discutiram a influência do movimento de longo prazo (LD) e do movimento do solo perto da falha (NF) no desempenho sísmico do píer sísmico por meio de simulação numérica e comparado com a resposta do movimento de campo distante (FF) de curto prazo. Um modelo de píer de ponte de elemento finito não linear baseado em fibra é desenvolvido para avaliar o potencial de dano de diferentes tipos de movimento do solo. Ayman et al.15 estudaram o efeito da velocidade do impacto do pilar da ponte usando o método de movimento de impulso de falha próxima, a fim de entender melhor o comportamento dinâmico da vibração sob vibração forçada. Ao contrário das pontes estrangeiras, a maioria das pontes de vigas na China adotam rolamentos de borracha e carecem de resistência à tração16,17. O terremoto vertical próximo à falha pode causar a separação da viga principal e do mancal. Para calcular a força de impacto vertical, Yang et al.4 usaram o método de autofunção de onda transiente para resolver. No entanto, o estudo de Yang considerou apenas o efeito da separação no impacto vertical, mas ignorou a mudança de deslocamento horizontal da ponte causada pela separação. É necessário analisar a influência do possível fenômeno de separação nos danos da ponte horizontal sob o movimento sísmico vertical de forte amplitude.

Estudos de colisão anteriores focaram principalmente na colisão longitudinal de vigas adjacentes18,19,20. Recentemente, Yang usou o modelo contínuo para calcular a força de impacto vertical entre a viga principal e o píer. No entanto, o estudo acima considera apenas o sismo vertical e ignora a influência da separação vertical de pilares e vigas na resposta dinâmica longitudinal dos pilares.