Kombinasi teknologi jangkar tanah dan jembatan sangat meningkatkan efek seismik

Kombinasi teknologi jangkar tanah dan jembatan sangat meningkatkan efek seismik:

Gempa bumi menduduki peringkat pertama di antara semua bencana alam karena tiba-tiba dan kekuatan penghancurnya.

Ketika bencana gempa bumi datang, kerusakan jembatan di daerah gempa bumi berarti gangguan garis hidup, yang secara langsung menghambat kemajuan operasi bantuan bencana, meningkatkan hilangnya nyawa dan harta benda dan kerugian ekonomi tidak langsung, dan membawa kesulitan bagi pemulihan dan rekonstruksi setelah bencana.

Kerusakan apa yang akan ditimbulkan gempa bumi pada jembatan?

Waktu dan tempat kejadian gempa bumi tidak dapat diprediksi, dan memiliki karakteristik durasi pendek dan pelepasan energi yang hebat. Bahaya gempa jembatan terutama mencakup empat aspek berikut:

(1) Kecelakaan suprastruktur: Fenomena jatuhnya balok yang disebabkan oleh kegagalan konektor pendukung atau kegagalan substruktur sering terjadi pada gempa bumi yang merusak, yang sebagian besar terjadi ke arah jembatan (mengacu pada arah sumbu tengah jembatan).

2) Kerusakan konektor pendukung: Penyangga jembatan, sambungan ekspansi, kunci geser, konektor pendukung, dll., Dianggap sebagai tautan lemah dalam sistem struktural jembatan dengan kinerja seismik yang relatif lemah.

Bentuk kegagalan dukungan terutama dimanifestasikan sebagai perpindahan dukungan, penarikan keluar dari baut jangkar, pencukuran, pencukuran dukungan aktif, dan penghancuran struktur dukungan itu sendiri.

(3) Abutment dan kerusakan dermaga: Jika kolom dermaga rusak, kemampuan jembatan untuk menahan gempa bumi akan melemah dan akan terjadi keruntuhan.

Kerusakan seismik abutment lebih sering terjadi pada gempa bumi, karena hilangnya daya dukung pondasi, dll. yang disebabkan oleh selip abutment, kerusakan tabrakan antara platform dan suprastruktur, dan kemiringan penyangga.

Teknologi seismik jembatan baru yang memberikan kinerja seismik yang sangat baik

Lebih dari 1 juta orang telah tewas dalam 1.800 gempa bumi berkekuatan 5 atau lebih besar yang tercatat secara global sejak tahun 2000. Jembatan adalah bagian paling rentan dari jaringan transportasi ketika gempa bumi melanda, menghambat tanggap darurat, misi pencarian dan penyelamatan, dan pengiriman bantuan, meningkatkan jumlah potensi kematian.

Sementara para insinyur telah merancang struktur yang dapat menahan kekuatan alam yang merusak seperti topan ekstrem, gempa bumi dahsyat seperti gempa haiti 2010 (lebih dari 310.000 kematian) atau gempa bumi Universitas Tohoku 2011 di Jepang (lebih dari 20.000 kematian) tetap menjadi tantangan.

Untuk mengurangi efek gempa bumi sebesar itu, tim peneliti di University of Technology Sydney (UTS) telah mengembangkan aplikasi yang menggunakan jangkar tanah sebagai sistem ketahanan seismik utama untuk pada akhirnya melindungi jembatan dari gempa bumi dahsyat.

Terlepas dari penerapan kode desain yang ketat di seluruh dunia dan kemajuan teknologi dalam desain seismik dan perlindungan struktural, lebih banyak yang perlu dilakukan untuk mengurangi kematian dan kerugian finansial.

Yang paling penting adalah kenyataan bahwa urbanisasi yang cepat telah menciptakan konsentrasi populasi yang lebih tinggi di daerah yang aktif secara seismik seperti Jepang dan Indonesia, dengan populasi yang tercatat 230.000 di negara ini setelah gempa bumi pada tahun 2004.

Associate Professor Fatahi dan timnya telah mengembangkan model komputer tiga dimensi canggih yang dapat mensimulasikan dan menilai ketahanan seismik jembatan berlabuh yang mengalami bencana gempa bumi terbesar di dunia.

Penelitiannya menemukan bahwa menggabungkan teknologi jangkar tanah dengan jembatan, penggunaan beberapa helai baja berkekuatan tinggi yang ditambatkan ke dalam formasi dapat memberikan kinerja seismik jembatan yang sangat baik. Diketahui bahwa dalam kasus konsolidasi balok dermaga, pergerakan suprastruktur jembatan secara serius merusak jembatan dan bahkan runtuh setelah pembentukan engsel plastik di daerah melengkung. Jembatan yang tidak terkonsolidasi akan mengakibatkan balok jatuh.

Jenis jembatan lain, seperti jembatan miring, akan menghasilkan rotasi dan pemisahan suprastruktur jembatan, menyebabkan suprastruktur jembatan melepaskan diri dari penyangga dan menyebabkan beberapa kerusakan pada penyangga. Seperti yang terjadi pada gempa Chile 2010. Selain itu, perpindahan suprastruktur jembatan akan membawa gaya geser yang lebih besar dan momen pembengkokan ke substruktur jembatan (termasuk dermaga, fondasi tiang pancang dan penyangga). Hal ini mengakibatkan kebutuhan untuk meningkatkan penampang dari lokasi yang sesuai untuk mengakomodasi kebutuhan gempa bumi yang lebih besar.

Saat ini, insinyur jembatan menggunakan peredam kental, penahan kabel, dan paduan memori bentuk yang mahal untuk mengurangi perpindahan seismik suprastruktur jembatan. Sistem-sistem ini membatasi perpindahan suprastruktur dengan mentransfer gaya aksial yang cukup besar ke dermaga atau abutment, yang mengakibatkan peningkatan persyaratan seismik, geometri, dan biaya.

Prinsip desain struktur baru yang dibahas dalam artikel ini adalah untuk secara efektif menambatkan suprastruktur di lapisan tanah keras di belakang penyangga melalui beberapa jangkar tanah, dan gaya seismik akan ditransmisikan ke lapisan tanah melalui sistem jangkar tanah untai baja, yang secara efektif dapat membatasi geser bolak-balik dari suprastruktur jembatan

Dalam "Isolated Segmented Cantilever Bridge Protection", yang diterbitkan dalam jurnal Soil Dynamics and Seismic Engineering, jembatan yang sama dan input seismik yang sama digunakan untuk membandingkan efek kendala peredam kental dan kendala jangkar tanah.

Dengan menetapkan model numerik tiga dimensi yang kompleks, makalah ini secara komprehensif mempertimbangkan interaksi antara struktur dan tanah, pembentukan engsel plastik dan nonlinieritas material. Analisis sejarah waktu nonlinier jembatan menggunakan sinyal seismik dari gempa Northridge 1994, gempa San Fernando 1971, gempa Kobe 1995, dan gempa Chi-Chi 1999. Sinyal seismik ini telah menyebabkan kerusakan besar pada struktur.

Model jangkar tanah memperhitungkan panjang bebas dan panjang jangkar jangkar. Bagian dengan panjang bebas disimulasikan oleh unit kabel, dan bagian panjang jangkar disimulasikan menggunakan koneksi yang lebih kompleks untuk menggambarkan interaksi nating nonlinier dengan tanah. Aksi geser benda grouting dan formasi batuan disimulasikan menggunakan pegas plastik nonlinier. Hasil yang digunakan untuk mengevaluasi termasuk perpindahan longitudinal suprastruktur dan momen pembengkokan dermaga.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa setelah menggunakan teknologi jangkar tanah, suprastruktur jembatan menghasilkan perpindahan longitudinal masing-masing 105 mm dan 95 mm dalam gempa Northridge dan gempa Kobe. Sebaliknya, di bawah gempa yang sama, perpindahan longitudinal jembatan menggunakan peredam kental masing-masing adalah 2019mm dan 1600mm. Selain itu, di bawah sinyal seismik Kobe, skema peredam viskositas menggunakan 90% dari resistansi lentur jembatan, sedangkan skema jangkar tanah hanya menggunakan 10%.

Selain keuntungan struktural dari jangkar tanah, para peneliti juga memperhatikan bahwa peredam kental berisiko bocor kandungan silikon, yang dapat menyebabkan peredam kental gagal sepenuhnya. Oleh karena itu, komponen perlu diperiksa secara teratur.

Untuk menguji efek jangkar tanah pada kinerja normal jembatan, efek karena penyusutan, merayap dan prastress juga dianalisis. Analisis fase konstruksi mempertimbangkan tiga fase: fase konstruksi awal, satu tahun setelah selesai, dan 30 tahun setelah selesai.

Dalam analisis fase konstruksi, ditemukan bahwa jangkar tanah memiliki kekakuan yang cukup untuk menekan dampak seismik dari suprastruktur jembatan, sambil mempertahankan fleksibilitasnya sendiri, dan tidak akan ada masalah kerusakan kendala. Karena biaya konstruksi awal jangkar tanah yang rendah, sistem penahan jangkar tanah sangat hemat biaya. Teknologi jangkar tanah sudah tersedia dan murah dibandingkan dengan sistem yang membutuhkan manufaktur khusus, seperti peredam kental. Selain itu, karena adanya sistem penahan, ukuran penampang substruktur sangat berkurang, biaya berkurang secara signifikan, dan permintaan seismik berkurang. Demikian pula, berbeda dengan peredam kental, sistem jangkar tanah bebas perawatan dan tidak memerlukan pemeriksaan yang sering dan berkelanjutan untuk mempertahankan efektivitasnya. Manfaat ini menunjukkan bahwa sistem penahan tanah harus dilihat sebagai alat yang efektif untuk insinyur jembatan di seluruh dunia, terutama di negara-negara yang terkena dampak gempa bumi parah.

Tim UTS saat ini sedang melakukan studi baru untuk menilai efektivitas penggunaan jangkar tanah di jembatan diagonal untuk membatasi suprastruktur jembatan. Tim peneliti menemukan bahwa dengan menempatkan jangkar tanah pada suatu sudut di suprastruktur jembatan, sudut rotasi yang disebabkan oleh dampak suprastruktur jembatan dapat dilawan dengan momen yang dihasilkan oleh tanah. Temuan ini akan semakin memperkuat posisi sistem penahan tanah sebagai alat ampuh yang dapat digunakan untuk secara signifikan meningkatkan perilaku seismik jembatan yang rentan terhadap kerusakan akibat gempa bumi.