Gardets

En hopfälld bro hjälper till att informera framtida översvämningsbeständiga konstruktioner

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 √§r viktiga strukturer i transportlivlinor, och det √§r sv√•rt att √•terst√§lla en bro n√§r den v√§l har kollapsat och spolats ut”, s√§ger Ichiro Ario, bitr√§dande professor vid Graduate School of Advanced Science and Engineering vid Hiroshima University. ‚Äď Fall d√§r skadeh√§ndelserna och skadeorsakerna kan analyseras konkret och kvantitativt √§r v√§rdefulla eftersom de g√∂r det m√∂jligt f√∂r oss att studera de faktiska konstruktionsstorlekarna, graden av skada, prestandaf√∂rlust, skillnader mellan faktiska scenarier och konstruktionsf√∂rh√•llanden samt uttv√§ttningsmekanismer ‚Äď kritiska faktorer att f√∂rst√• n√§r man analyserar kollapsorsaker och best√§mmer framtida fl√∂desbest√§ndiga brokonstruktioner.‚ÄĚ

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.

En hopfälld bro hjälper till att informera framtida översvämningsbeständiga konstruktioner
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 √∂versv√§mningsv√§tskekraften – styrkan och hastigheten hos r√∂rligt vatten – var tv√• g√•nger det normala v√§rdet som skulle vara acceptabelt f√∂r seismisk design f√∂r den h√§r typen av balkbro,” sa Ario. “Denna information √§r v√§rdefull n√§r man √∂verv√§ger √∂versv√§mningsbest√§ndig design av broar f√∂r framtida √∂versv√§mningar.”

Denna kraft motstod till en b√∂rjan av brobalken, den huvudsakliga strukturella komponenten ‚Äď ofta sedd som en I-balk ‚Äď som st√∂der plattbalkar och brod√§cket, men den fortsatta v√§tskekraften i samma fl√∂desriktning √∂vervann s√• sm√•ningom motst√•ndet och bron fl√∂dade ut. Som j√§mf√∂relse skiftar en jordb√§vnings verkande kraft i vad som kallas en amplitudr√∂relse i olika riktningar. √Ąven om denna v√•gliknande r√∂relse ocks√• kan orsaka betydande skada, ut√∂var den inte samma konstanta skjuvkraft p√• brobalken.

“V√•r strukturella analys avsl√∂jade att den hydrodynamiska √∂versv√§mningskraften p√• brobalken under √∂versv√§mningen gjorde att basen p√• stenpelarna som st√∂dde bron kollapsade,” sa Ario. “Baserat p√• de felprocesser och f√∂rh√•llanden som avsl√∂jas av analysen, identifierade vi designelement som effektivt kan bidra till att √∂ka resistiviteten hos brostrukturer p√• sm√• floder mot √∂versv√§mningar.”

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.

“√Ėversv√§mningsh√§ndelsen 2018 orsakade ett resultat som avsev√§rt √∂versteg antagandena vid tidpunkten f√∂r planering och design, s√• det finns ett akut behov av brodesigner som tar h√§nsyn till h√∂gre fl√∂deshastigheter, h√∂gre vattenniv√•er och hur man b√§ttre kan motverka fl√∂desmotst√•nd p√• strukturerna, samt liknande √•tg√§rder f√∂r att eftermontera befintliga broar, s√§ger Ario. “V√•ra forskningsresultat indikerar att fl√∂deshastigheten och den uppskattade hydrodynamiska kraften fr√•n en √∂versv√§mning b√∂r anv√§ndas som grund f√∂r 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.

H√•ll kontakten med oss ‚Äč‚Äčp√• sociala medieplattformar f√∂r omedelbar uppdatering klicka h√§r f√∂r att g√• med i v√•r Twitter och Facebook

Botón volver arriba

Annonsblockerare upptäckt

Du måste ta bort AD BLOCKER för att fortsätta använda vår webbplats TACK