Gardets

Broar under tryck

En datauppsÀttning av jord-pÄl-bro-system belönades med 2022 DesignSafe Dataset Award. Den undersöker hur vÀtskeinducerad neddragning kan öka den strukturella belastningen som appliceras pÄ ett pÄlfundament under jordbÀvningsskakningar. Data genererades genom att inducera vÀtskebildning i jordmodeller i skalen vid University of California, Davis Geotechnical Centrifuge. Deras datauppsÀttning innehÄller tvÄ vÀldokumenterade experiment, ett med enhetliga och det andra med inbÀddade flytande avlagringar. Kredit: Sinha et al.

Klarar en bro en jordbÀvning? En av de stora okÀnda Àr hur lÄngt en bro kan lÀgga sig frÄn seismiska skakningar, speciellt om skakningen utlöser en kvicksandsliknande jordreaktion som kallas flytande.

Forskare vid University of California (UC), Davis har sammanstÀllt de mest detaljerade experimentella data som hittills setts om hur vÀtskeinducerad neddragning kan öka den strukturella belastningen som appliceras pÄ en pÄlfundament under jordbÀvningsskakningar.

Deras datauppsÀttning belönades med en DesignSafe Dataset Award 2022, som erkÀnde datasetets olika bidrag till forskning om naturrisker.

DatauppsÀttningen gjordes ocksÄ allmÀnt tillgÀnglig pÄ NHERI DesignSafes cyberinfrastruktur.

“Denna forskning kommer att hjĂ€lpa till att förutsĂ€ga hur mycket bosĂ€ttning pĂ„lfundament kommer att ha om pĂ„lar gĂ„r igenom flytande avlagringar”, sĂ€ger datauppsĂ€ttningens medförfattare Bruce Kutter, professor emeritus vid UC Davis.

“VĂ„r forskning hjĂ€lper ocksĂ„ vĂ„r förstĂ„else av detta fenomen att röra sig starkare i en riktning dĂ€r vi kan redogöra för jorden och strukturen som ett system frĂ„n grunden, hela vĂ€gen till överbyggnaden”, sĂ€ger datauppsĂ€ttningens medförfattare Katerina Ziotopoulou, en docent vid UC Davis.

Moderna broar bÀrs upp av stora pelare som kallas pÄlar som drivs djupt ner i marken. FörvÀtskning, vilket Àr förlusten av markstyrka pÄ grund av utvecklingen av överskott av porvattentryck under jordbÀvningsskakning, kan göra att det normalt stabila sandlagret under bropÄlen förlorar sin skjuvhÄllfasthet.

Dessutom, nÀr det överflödiga porvattentrycket försvinner efter att skakningen har upphört och jorden ÄterfÄr sin styrka medan den sÀtter sig, kan det ocksÄ pÄverka pÄlarna som sedan kan dras nedÄt.

Datarapporten har ett antal experiment dÀr forskare varierade tjockleken och stratigrafin hos de flytande lagren; intensiteten av skakning; och högarna. De övervakade hur neddragningskrafterna pÄ brogrundspÄlen byggs upp.

Broar under tryck
Till vÀnster: Sumeet och Bruce inspekterar modellen (frÄn SKS02-testet) efter testning och gradvis grÀvning. Till höger: Sumeet, Bruce och Katerina bredvid konsolideringspress som förbereder modellen för SKS02. Kredit: Sinha et al.

“VĂ„r datauppsĂ€ttning förfinade sekvensen av alla dessa ömsesidigt beroende faktorer – skakningen, ökningen av vattentrycket, förlusten, sĂ€ttningen och den efterföljande ökningen av axiell belastning. De sakerna hĂ€nder i sekvens, sĂ€ger Kutter.

Dr. Sumeet Kumar Sinha, den ledande doktorandforskaren, under ledning av professorerna Kutter och Ziotopoulou, designade en serie modelltester vid UC Davis som inkluderade skiktade jordprofiler av grov sand, lera, lös sand och tÀt sand. Instrumenterade modellhögar sattes in i jordlagren.

Accelerometrar, portrycksgivare, linjÀra potentiometrar och sÀttningsmarkörer mÀtte pÄlaccelerationen och sÀttningen av jord och pÄl. Modellen testades sedan pÄ en geoteknisk centrifug med 9 m radie som Àr utrustad med ett skakbord. Konpenetreringstester, pÄlbelastningstester och skovelskjuvningstester utfördes för att bestÀmma modellens tillstÄnd vid olika faser av testet.

Författarna beskriver sitt experiment ytterligare i en studie som publicerades i april 2022 i Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering.

“Vi utvecklade nya beröringsfria förskjutningsspĂ„rningsprocedurer med kameror och laserlinjer som placerades ovanför modellen,” tillade Ziotopoulou. “Och vi utvecklade bildbehandlingstekniker sĂ„ att vi kunde kombinera de tvĂ„ och fĂ„ en mycket tydlig uppfattning om hur högarna flyttar jorden.”

“Vi hittade nĂ„got ovĂ€ntat, men ocksĂ„ underbyggt av uppgifterna. Flera mekanismer som leder till pĂ„lsĂ€ttning intrĂ€ffar under skakning, sĂ€ger Ziotopoulou.

Forskarna hade förvÀntat sig att de flesta av skadorna skulle uppstÄ efter att skakningen var över.

“Vi lĂ€rde oss ocksĂ„ att det inte Ă€r troligt att högen lĂ€gger sig mer Ă€n marken runt den,” tillade Kutter.

Detta Àr goda nyheter för brodesign, eftersom man tidigare trodde att om neddragningskrafterna pÄ pÄlen var stora, skulle det kunna leda till betydande störningar av pÄlen.

Broar under tryck
NÀrbild av utgrÀvd modell som visar tecken pÄ sandkoka pÄ grund av vÀtskebildning som gÄr genom den ogenomtrÀngliga skorpan. Kredit: Sinha et al.

“Vi observerade bara en betydande störning av pĂ„len nĂ€r styrkan i jorden runt pĂ„lspetsen reducerades avsevĂ€rt genom portrycksmigrering frĂ„n det flytande lagret till det bĂ€rande skiktet runt pĂ„lspetsen. Vikten av migreringen av portryck var överraskande, tillade Kutter.

Författarna krediterar framgÄngen med experimentet till att datasÀtta och studera medförfattaren Sumeet K. Sinha, nu postdoktorand forskare vid UC Berkeley.

“Sinha var utsökt i att sĂ€tta tonen och leda anstrĂ€ngningar för att karakterisera förhĂ„llanden före, under och efter skakningen i varje komponent i systemet. Vi har nu denna fullstĂ€ndiga bild, sĂ€ger Ziotopoulou.

Författarna avser att data ska anvÀndas av ett sÄ brett spektrum av forskare som möjligt, frÄn experimentalister till numeriska modellerare.

“Vi ville se till att data Ă€r tillrĂ€ckligt mĂ„ngsidig sĂ„ att andra experimentalister kunde se hur vi gick till vĂ€ga för vĂ„ra protokoll, bli inspirerade av dem och lĂ€ra av dem. För numeriska modellerare tillhandahöll vi bĂ„de rĂ„data som registrerats vid centrifugen, men ocksĂ„ bearbetade data för att spara tid vid bearbetning, sĂ€ger Ziotopoulou.

Författarna erkÀnde att de valde DesignSafe som sin dataplattform pÄ grund av dess meriter vad gÀller sÀkerhet och stabilitet, och för den flexibilitet den erbjöd.

“Jag var mycket nöjd med den smidighet som DesignSafe-plattformen erbjuder sina anvĂ€ndare att kurera sina data pĂ„ ett sĂ€tt som Ă€r mest meningsfullt för dem,” sa Ziotopoulou.

Hon uppskattade ocksĂ„ förmĂ„gan att generera DOI-nummer (Digital Object Identifier) ​​pĂ„ datamĂ€ngden (DOI: 10.17603/ds2-d25m-gg48 och DOI: 10.17603/ds2-wjgx-tb78), vilket hjĂ€lper andra forskare att hitta och referera till data.

“Det Ă€r bara vettigt att vĂ„r data delas, arkiveras och Ă€r tillgĂ€nglig. Att ha det pĂ„ DesignSafe innebĂ€r att det kan anvĂ€ndas i framtiden.” Kutter tillade.

Sa Ziotopoulou: “Data och modellering hjĂ€lper oss att förstĂ„ jord-pĂ„l-bro-systemet. De Ă€r inte öar. Jorden, pĂ„larna, byggnaden – de fungerar som en. Och nĂ€r vi gĂ„r framĂ„t bör vi ta itu med dem som sĂ„dana och utvĂ€rdera deras interaktioner.”


En liten sÀnkning av grundvattennivÄn kan förstöra husgrunder


Mer information:
Sumeet K. Sinha et al, Centrifuge Model Tests of Liquefaction-Induced Downdrag on Piles in Uniform Liquefiable Deposits, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering (2022). DOI: 10.1061/%28ASCE%29GT.1943-5606.0002817 TillhandahÄlls av University of Texas i Austin

Citat:Broar under press (2022, 7 juli)hÀmtad 7 juli 2022 frÄn https://techxplore.com/news/2022-07-bridges-pressure.html

Detta dokument Àr föremÄl för upphovsrÀtt. Bortsett frÄn all rÀttvis handel i syfte att privata studier eller forskning, fÄr ingen del reproduceras utan skriftligt tillstÄnd. InnehÄllet tillhandahÄlls endast i informationssyfte.

HĂ„ll kontakten med oss ​​pĂ„ sociala medieplattformar för omedelbar uppdatering klicka hĂ€r för att gĂ„ med i vĂ„r Twitter och Facebook

BotĂłn volver arriba

Annonsblockerare upptÀckt

Du mÄste ta bort AD BLOCKER för att fortsÀtta anvÀnda vÄr webbplats TACK