对该国任何一处生病的桥梁的结构性破坏可能需要数十亿美元的巨额维修费用。新的桥梁设计保证了更多的抗损坏结构,从而降低了修复成本。但是,如果尚未在现实世界中实施这些设计,则无法预测如何损坏它们以及应实施哪些维修策略。
在《结构与基础设施工程》杂志上发表的一项研究中,德克萨斯农工大学和科罗拉多大学博尔德分校的研究人员由来自学术界和工业界的专家小组对仍在实施的桥梁设计进行了全面的损坏和维修评估。。研究人员说,专家反馈方法提供了一种独特而强大的技术,用于评估仍处于早期研发阶段的桥梁设计的可行性。
“桥梁,特别是高地震地区的桥梁,很容易受到损坏,并需要在某些时候进行维修。但是现在的问题是,对不同类型和不同程度的损坏应采用哪种维修方法,这些维修费用将是多少?修复以及修复需要多长时间-这些都是新桥梁设计的未知数。”扎克里土木与环境工程系助理教授Petros Sideris博士说。“我们已经使用结构工程中很少使用的方法为新颖的桥梁设计回答了这些问题。”
大多数桥梁是由混凝土制成的整体式系统,其浇筑在形成桥梁形状的形状上。这些桥足够坚固,可以支撑自身的重量和其他负载,例如交通。但是,西德里斯说,如果意外发生地震活动,这些结构可能会破裂,而补救损坏的代价将非常高昂。
为了克服这些缺点,Sideris和他的团队开发了一种新的设计,称为混合滑动摇桥。这些桥不是整体设计,而是由包含肢体启发性的关节和节段的圆柱制成。因此,在发生地震的情况下,节理使地震动的某些能量扩散,而各节段略微移动,彼此滑动而不是弯曲或破裂。尽管混合滑动式摇摆式桥梁设计具有整体吸引力,但人们对桥梁在现实世界中的行为知之甚少。
Sideris说:“要找到正确的维修策略,我们需要知道损坏的样子。” “我们的桥梁设计相对较新,因此几乎没有科学文献可供参考。因此,我们采取了一种非常规的方法,通过招募桥梁损坏和维修专家小组来填补我们的知识空白。”
对于他们的研究,Sideris,科罗拉多大学博尔德分校的教授Abbie Liel博士及其团队招募了一个由来自工业界和学术界的八位专家组成的小组,以确定经过实验测试的混合滑动-摇动分段设计柱的损伤状态。根据他们对观察到的损坏的评估,小组提供了维修策略和估计的维修费用。然后,研究人员使用该信息修复损坏的色谱柱,在相同的初始损坏条件下重新测试了色谱柱,并通过计算研究将修复的色谱柱的行为与原始色谱柱进行了比较。
专家小组发现,与采用传统设计建造的桥梁相比,采用其设计建造的圆柱总体上遭受的损坏较小。实际上,即使受到强烈的每千千年一次地震的震动,这些柱子也几乎没有损坏。此外,可以使用水泥浆和碳纤维相对快速地修复损坏,这表明不需要特殊的修复方法。
Sideris说:“固定桥梁是一个缓慢的过程,需要花费大量金钱,然后间接影响社区。” “从长远来看,新颖的桥梁设计可能具有较高的初始建设成本,因为它们更坚固,因此从长远来看可能会更加有益。节省下来的钱可以用于帮助社区,而不是维修基础设施。”