חידושים חומריים לשיפור תוחלת התשתיות באזורי סיסמית

הביקוש הגדל לתשתיות מפוקפקות באזורי רעידת אדמה-פרון

רעידות אדמה נשארות אחד הכוחות הטבעיים ההרסניים ביותר, המסוגלות להפחית עשרות שנים של השקעות בתעשיית התשתיות כדי לשפשף בתוך שניות.באזורים הסיסמיים ברחבי העולם ורדש; מטבעת האש באוקיינוס השקט ועד לחגורת האלפים-Himalayan; האתגר אינו רק לבנות מבנים פיזיים ששרדו אירוע יחיד, אלא גם לתכנן ולבנות תשתיות שמחזקות פונקציונליות, בטיחותיות וערך כלכלי על פני 100 שנים לספוגים את הרשתות הצבאיות הללו.

קונסולת Concrete and Cementitious Composites

רפורמות גבוהה ו- Ultra-High-Performance Concrete

בטון קונבנציונלי הוא חזק בדחיסה אבל מתפתל במתח, מה שהופך אותו פגיע לפצח וספאם תחת העומס המחזורי של רעידת אדמה. ביצועים גבוהים בטון (HPC) מתייחס למגבלה זו באמצעות תערובת מטובות הכוללות חומרים מלטיים משלימים כגון אחהמה, זבוב אפר, ו-slag, בשילוב עם superplasticizers ו קנסות.התוצאה היא חומר מכווץ, פחות גמיש עם מחזור חיים משופרים יותר ויותר משופרים עם חום חזק יותר ויותר חזק.

(UHPC) לוקח את התכונות האלה קדימה, השגת נקודות חוזק דחוסות מעל 150 MPa ו Tenile ductility באמצעות הכללה של סיבים פלדה בנפח גבוה. UHPC יכול להתנגד לעומס מחזורי חמור עם מינימום ספיגה מינימלית, ואת יחס ההקצאה הנמוך שלה מגן על חיזוק מקורטוזיאונדש; גורם קריטי באזורי החוף של ריצוף מסיבים באופן משמעותי, אשר הוכחו נזקי אדמה 1Fd (מרכז המחקר התקני) גבוה יותר מקרינת חירום (ה) הוא יותר מגובהו של 1FD) הוא חזק יותר מאשר פגיעה משמעותית של פחמן (מרכז קרינה).

מהנדס Cementitious Composites

מסובכים מאומנים (ECC), הידועים גם כ קונקרטיים שניתן לכופף, מייצגים פריצת דרך בדלקטינות רביליות. בניגוד ל בטון קונבנציונלי שנכשל באופן קטסטרופלי תחת מתח, ECC מציגה התנהגות אינטנסיבית עם יכולות מתוחכמות של 3% עד 7% ו-mdash; מאות פעמים היא מתרחבת באמצעות מנגנוני לחץ דם גדולים יותר מאשר בטון רגיל.

המונחים: reinforced Concrete

סיבי פלדה-reinforced בטון (SFRC) ומערכות סיבים היברידיים משלבים סוגים שונים של סיבים כדי לייעל את הכוח ואת הקשידות. סיבי Macro-steel לגשר סדקים גדולים ולספק דוקטריות לאחר צבירה, בעוד מיקרו-מברנים לשלוט סדקים מוקדם ולהגדיל את ההתנגדות השפעה. באזורים סיסמי כוח-כוח הוא יותר ויותר עבור beamcon-reconrere, כוחות ספיגמנטים מרוכזים, אשר מונעים של כוח-rettles, ולהפחית את כוחות אנרגיה מרוכזים, אשר הם כוחות ריכוזיים מרוכזים, אשר מתפזרים, אשר נמצאים תחת לחץ דם מרוכזים, כאשר הם מחדש של כוח-rettles.

שם הסרטון: Shape-Memory Alloys and Smart Metals

עצמי: Centering Capabilities

סגסוגת Shape-memory (SMAs), במיוחד ניקל-טינום (NiTi) ⁇ , מציג שני מאפיינים יוצאי דופן רלוונטיים לארוכה הסיסמית: אפקט בצורת-זיכרון וסופרלסטיות. Superelastic SMAs יכול לעבור זנים גדולים של עד 8% ולהחלים לחלוטין על עומס, ללא עיוות של שאריות. כאשר משולב לתוך רכיבים מבניים כגון beamcon, אשר נועד מחדש מבנה עצמאי, או לשחזר את המיקום של הרס, הוא ייחודי זה, אשר נועד על ידי מבנים מקוריים, אשר נועד לאחר מכן, אשר נועד על בסיס קבוע של מבנה זה, כלומר, אשר נועד על בסיס קבוע, כלומר, הוא מבנה זה, אשר נועד על ידי מבנים פנימיים, אשר נועד על ידי מבנים של מבנה זה, אשר נועד על ידי בנייה מחדש של מבנים של מבנה זה, או לשחזר את המיקום של מבנים מקוריים של מבנה זה, אשר נועד על ידי מבנים של מבנים משפטיים, אשר נועד על ידי מבנים אחוריים, אשר נועד, אשר נועד על ידי מבנים משפטיים, אשר נועד על ידי מבנים פנימיים, אשר נועד על ידי ⁇ , אשר נועד על ידי מבנים משפטיים, אשר נועד, אשר נועד על ידי ⁇ , אשר נועד, אשר נועד על ידי ⁇ , אשר נועד על ידי בנייה מחדש של מבנה זה, אשר נועד על ידי ⁇

עייפות ושגשוג

חיזוק פלדה מסורתי ומחברים הם נוטים להיכשל בעייפות מחזור נמוך תחת טעינה סיסמית חוזרת. SMAs להפגין עמידות עייפות מעולה, עם היכולת לעמוד מאות מחזורי טעינה בגרות גבוהה עם עלייה בלחץ ללא השפלה רכוש.זה הופך אותם אידיאלי לשימוש בגשרים סיביים סיביים וגשרים בעלי רגישות אנרגיה כי חייב לבצע באופן אמין על אירועים רבים.

שילוב עם הכחשת האמנה

(מערכות היברידיות המשלבות SMAs עם חיזוק פלדה קונבנציונליות מאפשרות למהנדסים להתאים את הביצועים של אזורים קריטיים.לדוגמה, הצבת ס"מה ברים באזורי הפלסטיה של עמודות הגשר להבטיח כי לאחר רעידת אדמה תישאר מינימלית, בעוד חיזוק פלדה מספק במקום אחר כלכלה.FLT:0 Earthquake Engineering Research Research Research (EERI)FLTFLT1 מתועדות מספר בדיקות מלאות של 1%-MAR יכול לגרורות לדחוסות יותר מ-D.

סיבי-Reinforced Polymers ו Composite Retrofits

טיהור וידוי חיצוני

פולימרים עמידים בסיבים (FRPs), כולל פחמן, זכוכית, וסיבים ארמדומים מורכבים, הפכו לפתרון סטנדרטי עבור רטרוfitting של מבנים קיימים. עמודות, דבורים, ומפרקים עם FRP מספק מגבלות פסיביות אשר מגבירות את העוצמה הדחיסה ואת הפשטות של בטון, מונעות קריסה של חיזוקים ארוכי טווח וספא של כיסוי בטון; לעתים קרובות משקל או מקבילה של תשתיות מתכתב;

חלופות לשמירת הפנים

לא-corrosive FRP rebars ו נוטה לצבור מתחים באזורים סיסמיים שבו קורוזיה של חיזוק פלדה מוחריף על ידי deicing מלחים או סביבות ימיות. Glass FRP (GFRP) rebars מציעים חוזק גבוה רב-עוצמה וקורוזיון חסינות, בעוד פחמן FRP (FRP) נוטים לספק עייפות קיצונית והתנגדות.

מערכת FRP-Steel Systems

שילוב FRP עם חיזוק פלדה בתצורה היברידית מנצל את היתרונות של שני החומרים: פלדה מספקת שכפול אנרגיה ופיזור אנרגיה, בעוד FRP מספק התנגדות קורוזיה וכוח נוסף. כריות FRP-steel היברידי, למשל, מורכב ליבה פלדה פנימית מוקפת על ידי FRP שכבות, המציע תאימות קשר עם בטון ומצב כשלון הדרגתי מתאים לאזורים סיסמיים אלה הם שימושיים במיוחד בבנייה (ABC) יש צורך להרכיב שיטות מדידה קלה.

דמוניזציה ואנרגיה

סכרים שוויצריים

לחות ויסקואלסטית (VEDs) מתפזרת אנרגיה סיסמית דרך הגילוח של שכבות פולימר בולט בין צלחות פלדה.חומרים המשמשים VEDs & mdash; לעתים קרובות acrylic או סיליקון מבוסס תרכובות ו- סיליקון מבוסס גשרים;exhibit הן מולקווס והן התנהגות גמישה, המאפשר להם להיות מכוונן עבור טווחים ספציפיים ותנאים מודרניים יכול להשיג באופן משמעותי את הפחתת תפקודם של אנרגיה.

תגית: Wakeous Dampers

לחות של פלויד (FVDs) להשתמש בזרימת שמן סיליקון דרך אורבנים כדי לייצר כוחות לחות ביחס למהירות.המכשירים האלה אמינים מאוד, ניתן לתכנן לספק כוחות לחות של כמה מאות טון תוך שמירה על טביעת רגל קומפקטית. FVDs הותקנו גשרים ארוכי טווח גדולים ובניינים גבוהים באזורי סיסמיך ברחבי העולם, עם שיפורים המתועדים על ידי צמצום של 40% לתפקודי חשמל אטומים באופן ישיר ל- 50%.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

פריצה לחיכים מתפזרים אנרגיה באמצעות חיפוי בין פני השטח עם מנגנוני חיכוך מבוקרים, באמצעות חומרים כגון נירוסטה פלדה ופליז. Metallic מניב לחות, כולל משטחים מאומנים (BRB), להסתמך על העיוות הבלתי-ריסטי של פלדה או מוביל ליבות כדי לספוג אנרגיה סיסמית'ס, במיוחד, הפכו לשרידים העיקריים של עיצוב סיסמיטי כי הם יכולים להחליף את החיים הנמוכים ביותר של פלדה ועייפות.

הרעלת מגנטית

לחות מגנטיים (MR) מייצגים טכנולוגיה חכמה לחבית שבה את ההיקף של נוזל מגנטיאורתולוגי נשלט על ידי שדה מגנטי יישומי.זה מאפשר התאמה בזמן אמת של תכונות לחות בהתבסס על משוב חיישן, המאפשר מבנים להגיב בצורה אופטימלית לעצימות אדמה שונות; בעוד ש-MR לחות הם מורכבים ויקרים יותר מאשר לחסרי פאסיביים, היכולת שלהם להגן על מבנים על פני טווח רחב של תנועות גדולות של אזורים נדירים; כמו מרכזי אבטחה נדירים;

גבולות מתעוררים: חומרים מעוררי השראה וכימיקלים

הרתעה עצמית

אחת החידושים המבטיחים ביותר עבור תשתיות ארוכות טווח היא קונקרטית, אשר יכול לתקן באופן אוטונומי סדקים ללא התערבות אנושית.כמה גישות הן בפיתוח: ריפוי אוטומטי באמצעות חלקיקים מלט לא ממוהים, ממנת סוכנים ריפוי פולימריים, חיידקיים המכילים חיידקים עמידים על ידי חיידקים חזקים, ורשתות פולשניות המספקות סוכנים מרפאים לאזורים פגומים.

Bio-Inspired Damping and Energy Absorption

הטבע מציע כמה אסטרטגיות לפירוק אנרגיה ועומסים דינמיים ששרדו, ומדענים חומרים מתרגמים אלה לתוך עיצובים הנדסיים.ביו בהשראת דבשcomb ומבנים לקטייה, למשל, לספק ספיגת אנרגיה גבוהה באמצעות מנגנונים התמוטטות מתקדמת, בדומה לאופן שבו גולגולת עץ מגן על המוח. Auxetic חומרים, אשר מתרחבת מאוחר יותר כאשר מתוחים, מגבירה התנגדות אנרגטית ופירוק אנרגיה כאשר משתמשים במנגנוני דיספורמולה משמעותיים עדיין משפרים את החומרים הלא-ה, אך הם עדיין משפרים את החומרים הלא-תרגול שלהם.

ננו-חומרים עבור נוקשות ודלות

תוספים ננומטריים כגון צינורות פחמן, תחמוצת גרפן, וננוסיליקה משולבים בחומרים מלטיים ופולימרים כדי לשפר תכונות מכניות ועמידות. Graphene oxide, במיוחד, יכול להגדיל את הכוח הרב של פס מלט עד 40% עד 70%, תוך צמצום יכולת ההקצאה. בהקשרים סיסמיים, הקשידות וסדקים ההתנגדות מתורגמים ישירות לתוך החיים המבניים מתחת לסף, אך עדיין לחץ עלות הרחבה, אך ורק עלות הבנייה.

תהליכי יישום והתאמה אזורית

עלויות-Benefit Considerations

אימוץ חומרים סיסמיים מתקדמים מחוסנים לעתים קרובות על ידי עלויות גבוהות יותר בהשוואה חלופות קונבנציונליות.עם זאת, ניתוחי עלות מחזור חיים מראים באופן עקבי כי ההשקעה המצטברת בחומרים כגון UHPC, SMAs, או FRP רטרוfits הוא נסוג באמצעות עלויות תיקון מופחתות, זמן קצר יותר, וחיים מורחבים כגון מתקני חירום, תחנות כוח, תחבורה מרכזית, סיכות ביטוחיחות כלכליות, הן רקמות חומרים מתקדמים יותר ויותר.

סקאביה ושרשרת האספקה Constraints

רבים מהחומרים המתוארים במאמר זה ההגבלות על שרשרת האספקה של UHPC דורש שילוב מיוחד של ציוד וצוות מאומן; SMAs תלוי ביכולת הייצור העולמית המוגבלת של ⁇ ניקל-טיניום; וייצור FRP עדיין מרוכז במדינות מסוימות.Overcoming מגבלות אלה דורש השקעה במתקני ייצור מקומיים, תוכניות העברת טכנולוגיה ופיתוח כוח אדם.

בקרת איכות והערכה

חומרים מתקדמים דורשים לעתים קרובות נהלי בקרת איכות שונים מאשר חומרי בנייה קונבנציונליים.לדוגמה, ההתקנה של FRP עטיפה דורש הכנה משטח קפדנית, epoxy ערבוב יחס, וריפוי תנאים. בדומה, המיקום של רכיבי SMA חייב לקחת בחשבון את המאפיינים המכניים הייחודיים שלהם, כולל רגישות טמפרטורה.פיתוח שיטות בדיקה סטנדרטיות, תוכניות הסמכה, ואימון חיוני כדי להבטיח כי היתרונות ארוכי טווח נועדו למעשה לממש בפועל.

פרספקטיבה אזורית על חדשנות חומרית

יפן: מנהיגות ב Damping and Base Isolation

יפן היא מובילה עולמית בחדשנות חומרית סיסמית, המונעת על ידי הסיסמיות הגבוהה שלה ותעשיית הבנייה המתקדמת.המהנדסים היפניים החלו להשתמש במשבים גומי עם תקעים מובילים לבידוד בסיס, כמו גם גבוה הדגמת נושאים גומי המשלבים בידוד עם פירוק אנרגיה.

ארצות הברית ואירופה: אינטגרציה קוד-Driven

בארצות הברית, המתודולוגיה ASCE 7 סטנדרטית ו-FEMA P-58 משלבת עקרונות עיצוב המבוססים על ביצועים המאפשרים שימוש בחומרים מתקדמים.הדגש על מגבלות סחף ועלויות תיקון בקודים מודרניים יוצר תמריץ כלכלי ישיר לריכוז עצמי ולנזקים חומרים עמידים. באירופה, מסגרת יורוקוד 8 מתפתחת באופן דומה וכוללת הוראות עבור סיבים המופעלים על ידי כוח קונקרטי, FRPfits, רטרוספקטיבי, ומערכות לח.

צ'ילה וניו זילנד: שיעורי מעשי ממקרי רעידת אדמה גדולים

צ'ילה וניו זילנד חוו אירועים סיסמיים גדולים בעשורים האחרונים שסיפקו מיטות מבחן בעולם האמיתי לחידושים חומריים. בצ'ילה, רעידת האדמה המאולתלה 2010 אישרה את הביצועים של מבנים ממוקמו חומה שנבנו עם בטון גבוה ופרטים דוקטריליים, תוך הדגשת הפגיעות של רכיבים שאינם מבניים.ניו זילנד; 2010-2011 Canterbury רעידת אדמה מוכחת של בסיס קריטי של טכנולוגיות בידוד ושיקום מחדש של פעילות גופנית, ושיקום של פעולות קריטיות לשימוש בשיקום של תשתיות חיוניות עבור פעולות שימורים ושיקום של ה-HPC.

מסקנה: לקראת עתיד חומרי

תוחלת התשתיות באזורי סיסמי תלויה בשינוי יסודי מהעיצוב החוזק בלבד למסגרת חוסן הוליסטית המשלבת דוקטרקטיות, פירוק אנרגיה, ריכוז עצמי, עמידות ותיקון.החידושים החומריים שנדונו במאמר זה & mdash; ביצועים גבוהים וביצועים גבוהים, מנדסים, צורות מטבוליות, סיבים מתקדמים, שיפור פתרונות בטיחותיים ובטיחותיים מתקדמים; שיפור מערכות אבטחה מתוחכמות, ושרירים-שרירים-מחדשניות;

המשך מחקר, אימות שדה, צמצום עלויות, והעברה הטכנולוגית הם הכרחיים להעביר חומרים אלה מיישומים נישה לאימוץ נרחב.מהנדסים וקובעי מדיניות חייבים לשתף פעולה כדי לעדכן קודים בנייה, להשקיע באימון כוח העבודה, ולקדם תמריצים כלכליים שמגמלים עמידות. על ידי אימוץ חדשנות חומרית כאסטרטגיה הליבה, קהילות באזורי סיסמי יכול לבנות תשתיות שלא רק לשרוד רעידות אדמה אלא גם לשגשגות הדורות.