Forskare utvärderar skadorna på Misasa River-bron 2018. Kredit: Ichio Ario et al., Hiroshima University
Innan rekordregn i juli 2018 sträckte sig Misasa Railroad Bridge över en liten flod cirka nio miles in i landet från Japans västra kust. Enastående översvämningar kollapsade bron, ett infrastrukturfel som kommer att fortsätta att öka i takt med att väderhändelserna blir mer extrema, enligt forskare i Japan.
Teamet publicerade sin analys av kollapsen, samt vad man kan lära av den, den 22 juni i Journal of Bridge Engineering.
“Broar är viktiga strukturer i transportlivlinor, och det är svårt att återställa en bro när den väl har kollapsat och spolats ut”, säger Ichiro Ario, biträdande professor vid Graduate School of Advanced Science and Engineering vid Hiroshima University. – Fall där skadehändelserna och skadeorsakerna kan analyseras konkret och kvantitativt är värdefulla eftersom de gör det möjligt för oss att studera de faktiska konstruktionsstorlekarna, graden av skada, prestandaförlust, skillnader mellan faktiska scenarier och konstruktionsförhållanden samt uttvättningsmekanismer – kritiska faktorer att förstå när man analyserar kollapsorsaker och bestämmer framtida flödesbeständiga brokonstruktioner.”
Moderna broar byggs vanligtvis enligt en seismisk intensitetsstandard uttryckt som ett komplext förhållande mellan strukturens horisontella vikt och flera andra faktorer, inklusive markacceleration. En acceptabel standard för den horisontella seismiska intensiteten vid tidpunkten för en jordbävning anses generellt vara cirka 0,2. I en fältundersökning och analys av Misasa Railroad Bridge-kollapsen ledd av Ario, fann forskarna att förhållandet mellan den horisontella översvämningskraften och vikten av brobalken var 0,397, nästan dubbelt så mycket som standardkoefficienten.
Von Mises spänningsfördelning av FEM-modellen av murverk P5 när uppskattad hydrodynamisk översvämningskraft appliceras. Kredit: Ichio Ario et al., Hiroshima University
“Vi fann att den maximala översvämningsvätskekraften – styrkan och hastigheten hos rörligt vatten – var två gånger det normala värdet som skulle vara acceptabelt för seismisk design för den här typen av balkbro,” sa Ario. “Denna information är värdefull när man överväger översvämningsbeständig design av broar för framtida översvämningar.”
Denna kraft motstod till en början av brobalken, den huvudsakliga strukturella komponenten – ofta sedd som en I-balk – som stöder plattbalkar och brodäcket, men den fortsatta vätskekraften i samma flödesriktning övervann så småningom motståndet och bron flödade ut. Som jämförelse skiftar en jordbävnings verkande kraft i vad som kallas en amplitudrörelse i olika riktningar. Även om denna vågliknande rörelse också kan orsaka betydande skada, utövar den inte samma konstanta skjuvkraft på brobalken.
“Vår strukturella analys avslöjade att den hydrodynamiska översvämningskraften på brobalken under översvämningen gjorde att basen på stenpelarna som stödde bron kollapsade,” sa Ario. “Baserat på de felprocesser och förhållanden som avslöjas av analysen, identifierade vi designelement som effektivt kan bidra till att öka resistiviteten hos brostrukturer på små floder mot översvämningar.”
Utifrån sin analys av vattenflödet och vattenhöjden under översvämningen jämfört med de resulterande broskadorna, rekommenderar forskarna att framtida brokonstruktioner bör stå för nästan 1,5 gånger den nuvarande standarduppskattningen för planerat högvattenflöde. De rekommenderar också att öka utrymmet under balken för att förhindra att balken sjunker under vatten, samt en brokonstruktion utformad för att minska motståndet även om den svämmar över. Och eftersom extrema väderhändelser fortsätter att öka, betonade forskarna vikten av att testa och bekräfta stabiliteten och säkerheten hos brokomponenter mot rinnande vatten.
“Översvämningshändelsen 2018 orsakade ett resultat som avsevärt översteg antagandena vid tidpunkten för planering och design, så det finns ett akut behov av brodesigner som tar hänsyn till högre flödeshastigheter, högre vattennivåer och hur man bättre kan motverka flödesmotstånd på strukturerna, samt liknande åtgärder för att eftermontera befintliga broar, säger Ario. “Våra forskningsresultat indikerar att flödeshastigheten och den uppskattade hydrodynamiska kraften från en översvämning bör användas som grund för designen av broar.”
Studier jämför modeller för att förutsäga broförsämring
Mer information:
Ichiro Ario et al, Undersökning av brokollapsfenomen på grund av kraftiga regn översvämningar: strukturell, hydraulisk och hydrologisk analys, Journal of Bridge Engineering (2022). DOI: 10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0001905 Tillhandahålls av Hiroshima University
Citat:Kollapsad bro hjälper till att informera framtida översvämningsbeständiga konstruktioner (2022, 30 juni) hämtad 30 juni 2022 från https://techxplore.com/news/2022-06-collapsed-bridge-future-flood-resistant.html
Detta dokument är föremål för upphovsrätt. Bortsett från all rättvis handel i syfte att privata studier eller forskning, får ingen del reproduceras utan skriftligt tillstånd. Innehållet tillhandahålls endast i informationssyfte.
Håll kontakten med oss på sociala medieplattformar för omedelbar uppdatering klicka här för att gå med i vår Twitter och Facebook
