Risposta transitoria delle pile di un ponte sotto l'impatto eccentrico del vicino

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 16667 (2022) Citare questo articolo

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Per studiare l'influenza del terremoto in prossimità della faglia sul cedimento del pilastro, realizzare un ponte a trave continua a doppia campata. La risposta sismica del ponte viene calcolata utilizzando il metodo di espansione della funzione d'onda transitoria e il metodo di sovrapposizione della funzione modale indiretta. Si risolvono le risposte dinamiche e di spostamento e si analizza l'effetto della separazione verticale del ponte sulla compressione eccentrica della pila. I risultati mostrano che sotto l’azione sismica verticale in prossimità della faglia, la separazione può modificare significativamente la deformazione orizzontale alla sommità della pila, e trascurare la separazione può sottostimare la compressione eccentrica della pila. I calcoli per diverse altezze delle pile e campate delle travi mostrano che la separazione ha un effetto maggiore sulla deformazione longitudinale della sommità della pila. Pertanto, la progettazione ragionevole del dispositivo di limitazione longitudinale sulla sommità del pilastro nell'area vicina alla faglia è utile per ridurre il danno dell'impatto eccentrico del ponte.

Sotto l'azione del terremoto, il danno del ponte compromette il salvataggio dopo il disastro e rende difficile il recupero dopo il disastro1,2. Data la collisione del ponte, la ricerca attuale si concentra sulla collisione di travi adiacenti e sulla collisione tra la trave principale e la spalla, e sono stati raggiunti alcuni risultati3. Molti studiosi hanno creato diversi modelli per calcolare la forza di collisione e messo a punto un dispositivo ragionevole per ridurre la forza di collisione strutturale4,5,6,7. Tuttavia, sono pochi gli studi sulla collisione verticale, la collisione particolarmente eccentrica tra la trave principale e il pilone del ponte.

Precedenti dati di monitoraggio sismico di faglia lontana mostrano che l’accelerazione sismica verticale è inferiore a quella orizzontale8. Castelli et al.9 hanno analizzato l'interazione tra suolo e struttura durante i terremoti verticali. Button et al.10 e Wang et al.11 ritengono che la progettazione sismica verticale sia meno importante. Con il miglioramento del livello di monitoraggio, sempre più dati mostrano che l’ampiezza dell’accelerazione sismica verticale del campo vicino è vicina o addirittura ben oltre l’ampiezza dell’accelerazione sismica orizzontale. Il valore di picco dell’accelerazione verticale e orizzontale V/H del terremoto di Kobe del 1995 è vicino a 212.

Thomas et al.13 hanno condotto un'analisi modale sul ponte di Tacoma e hanno scoperto che ignorare la componente sismica verticale può comportare rischi maggiori, soprattutto quando la frequenza di eccitazione verticale del terreno è vicina alla frequenza naturale del ponte. Borislav et al.14 hanno discusso l'influenza del movimento a lungo termine (LD) e del movimento del terreno vicino alla faglia (NF) sulle prestazioni sismiche del pilastro sismico attraverso la simulazione numerica e confrontati con la risposta del movimento a breve termine in campo lontano (FF). È stato sviluppato un modello di pilone di ponte a elementi finiti non lineare basato su fibre per valutare il potenziale di danno di diversi tipi di movimento del terreno. Ayman et al.15 hanno studiato l'effetto dell'impatto della velocità della pila del ponte utilizzando il metodo del movimento impulsivo in prossimità della faglia, al fine di comprendere meglio il comportamento dinamico delle vibrazioni in condizioni di vibrazione forzata. A differenza dei ponti stranieri, la maggior parte dei ponti a travi in ​​Cina adotta cuscinetti in gomma e manca di resistenza alla trazione16,17. Il terremoto verticale vicino alla faglia può causare la separazione della trave principale e dei cuscinetti. Per calcolare la forza d'impatto verticale, Yang et al.4 hanno utilizzato il metodo dell'autofunzione dell'onda transitoria. Tuttavia, lo studio di Yang ha considerato solo l'effetto della separazione sull'impatto verticale, ma ha ignorato il cambiamento dello spostamento orizzontale del ponte causato dalla separazione. È necessario analizzare l'influenza del possibile fenomeno di separazione sul danno del ponte orizzontale sotto il movimento sismico verticale di forte ampiezza.

Precedenti studi sulle collisioni si concentravano principalmente sulla collisione longitudinale di travi adiacenti18,19,20. Recentemente, Yang ha utilizzato il modello del continuo per calcolare la forza d'impatto verticale tra la trave principale e il molo. Tuttavia, lo studio di cui sopra considera solo il terremoto verticale e ignora l’influenza della separazione verticale di pilastri e travi sulla risposta dinamica longitudinale dei pilastri.