Ettermontering av seismikk - Seismic retrofit

For bredere dekning av dette emnet, se Earthquake engineering .

Seismisk ettermontering er modifikasjon av eksisterende strukturer for å gjøre dem mer motstandsdyktige mot seismisk aktivitet , jordbevegelsen, eller jord svikt på grunn av jordskjelv . Med bedre forståelse av seismisk etterspørsel etter strukturer og med våre nylige erfaringer med store jordskjelv nær bysentre, er behovet for seismisk ettermontering godt anerkjent. Før introduksjonen av moderne seismiske koder på slutten av 1960-tallet for utviklede land (USA, Japan osv.) Og slutten av 1970-tallet for mange andre deler av verden (Tyrkia, Kina osv.), Ble mange strukturer designet uten tilstrekkelig detaljering og forsterkning for seismisk beskyttelse. I lys av det nært forestående problemet har det blitt utført ulike forskningsarbeid. Topp moderne tekniske retningslinjer for seismisk vurdering, ettermontering og rehabilitering er publisert over hele verden - som ASCE-SEI 41 og New Zealand Society for Earthquake Engineering (NZSEE) sine retningslinjer. Disse kodene må oppdateres jevnlig; jordskjelvet i Northridge i 1994 brakte for eksempel lysen på sveisede stålrammer.

Ettermonteringsteknikkene som er skissert her, gjelder også for andre naturlige farer som tropiske sykloner , tornadoer og kraftig vind fra tordenvær . Mens gjeldende praksis med seismisk ettermontering hovedsakelig er opptatt av strukturelle forbedringer for å redusere den seismiske faren ved bruk av konstruksjonene, er det på samme måte viktig å redusere farene og tapene fra ikke-strukturelle elementer. Det er også viktig å huske på at det ikke er noe som heter jordskjelvsikker struktur, selv om seismisk ytelse kan forbedres sterkt gjennom riktig innledende design eller påfølgende modifikasjoner.

Fyll skjærstoler - Universitetet i California sovesal, Berkeley
Ekstern avstivning av et eksisterende parkeringshus i armert betong (Berkeley)
Port Authority bussterminal i New York City

Strategier

Seismiske ettermonteringsstrategier (eller rehabilitering) har blitt utviklet de siste tiårene etter innføringen av nye seismiske bestemmelser og tilgjengeligheten av avanserte materialer (f.eks. Fiberarmerte polymerer (FRP) , fiberarmert betong og høyfast stål).

  • Øke den globale kapasiteten (styrke). Dette gjøres vanligvis ved å legge til tverrstivere eller nye strukturelle vegger.
  • Reduksjon av det seismiske behovet ved hjelp av supplerende demping og / eller bruk av basisisolasjonssystemer .
  • Øke den lokale kapasiteten til strukturelle elementer. Denne strategien anerkjenner den iboende kapasiteten i eksisterende strukturer, og vedtar derfor en mer kostnadseffektiv tilnærming for selektivt å oppgradere lokal kapasitet (deformasjon / duktilitet, styrke eller stivhet) til individuelle strukturelle komponenter.
  • Selektiv svekkelse ettermontering. Dette er en mot-intuitiv strategi for å endre strukturens uelastiske mekanisme, samtidig som man anerkjenner strukturens iboende kapasitet.
  • Tillater skyveforbindelser som gangbroer for å imøtekomme ytterligere bevegelse mellom seismisk uavhengige strukturer.
  • Tilsetning av seismiske friksjonsdempere for samtidig å legge til demping og en valgbar mengde ekstra stivhet.

Nylig er det blitt utforsket mer helhetlige tilnærminger til å bygge ettermontering, inkludert kombinert seismikk og ettermontering av energi. Slike kombinerte strategier tar sikte på å utnytte kostnadsbesparelser ved å bruke inngrep på energioppbygging og seismisk styrking samtidig, og dermed forbedre bygningers seismiske og termiske ytelse.

Prestasjonsmål

Tidligere ble seismisk ettermontering primært brukt for å oppnå offentlig sikkerhet, med tekniske løsninger begrenset av økonomiske og politiske hensyn. Imidlertid, med utviklingen av Performance-based earthquake engineering (PBEE), blir flere nivåer av ytelsesmål gradvis anerkjent:

  • Bare offentlig sikkerhet. Målet er å beskytte menneskelivet, sikre at strukturen ikke kollapser på beboerne eller forbipasserende, og at strukturen trygt kan forlates. Under alvorlige seismiske forhold kan strukturen være en total økonomisk avskrivning, som krever nedrivning og utskifting.
  • Overlevelsesevne for struktur. Målet er at strukturen, selv om den er trygg for utgang, kan kreve omfattende reparasjon (men ikke utskifting) før den generelt er nyttig eller ansett som trygg for okkupasjon. Dette er vanligvis det laveste nivået av ettermontering som er brukt på broer.
  • Strukturfunksjonalitet. Primærstruktur uskadet og strukturen er uforminsket når det gjelder den primære applikasjonen. Et høyt nivå ettermontering, dette sørger for at eventuelle nødvendige reparasjoner bare er "kosmetiske" - for eksempel mindre sprekker i gips , gips og stuk . Dette er et minimum akseptabelt nivå for ettermontering for sykehus .
  • Strukturen er upåvirket. Dette nivået av ettermontering er foretrukket for historiske strukturer av høy kulturell betydning.

Teknikker

Vanlige seismiske ettermonteringsteknikker faller i flere kategorier:

En av mange "jordskjelvbolter" som ble funnet i hele perioden hus i byen Charleston etter jordskjelvet i Charleston i 1886. De kunne strammes og løsnes for å støtte huset uten ellers å måtte rive huset på grunn av ustabilitet. Boltene var direkte løst koblet til husets bæreramme.

Ekstern etterspenning

Bruken av ekstern etterspenning for nye strukturelle systemer har blitt utviklet det siste tiåret. Under PRESS (Precast Seismic Structural Systems), et omfattende forskningsprogram mellom USA og Japan, har ubundet etterspenning høyfast stålstenger blitt brukt for å oppnå et momentmotstandssystem som har selvsentrerende kapasitet. En utvidelse av den samme ideen for seismisk ettermontering er eksperimentelt testet for seismisk ettermontering av California-broer under et Caltrans forskningsprosjekt og for seismisk ettermontering av ikke-duktilt armert betongrammer. Forspenning kan øke kapasiteten til strukturelle elementer som bjelke-, søyle- og bjelkesøylefuger. Ekstern forspenning har blitt brukt til strukturell oppgradering for tyngdekraft / direkte belastning siden 1970-tallet.

Base isolatorer

Hovedartikkel: Baseisolasjon

Basisolasjon er en samling av strukturelle elementer i en bygning som i vesentlig grad bør koble bygningens struktur fra ristende bakken, og dermed beskytte bygningens integritet og forbedre dens seismiske ytelse . Denne teknologien for jordskjelvsteknikk , som er en slags seismisk vibrasjonskontroll , kan brukes både på en nydesignet bygning og på seismisk oppgradering av eksisterende strukturer. Normalt gjøres utgravninger rundt bygningen, og bygningen skilles fra fundamentet. Stål- eller armert betongbjelker erstatter koblingene til fundamentet, mens under disse erstatter isolasjonsputene eller bunnisolatorene materialet som er fjernet. Mens basisisolasjonen har en tendens til å begrense overføring av bakkebevegelsen til bygningen, holder den også bygningen riktig plassert over fundamentet. Det kreves nøye oppmerksomhet på detaljer der bygningen grensesnittet med bakken, spesielt ved innganger, trapper og ramper, for å sikre tilstrekkelig relativ bevegelse av disse strukturelle elementene.

Tilleggsspjeld

Ekstra demper absorberer bevegelsesenergien og omdanner den til varme, og demper dermed resonanseffekter i strukturer som er stivt festet til bakken. I tillegg til å legge til energispredningskapasitet til strukturen, kan supplerende demping redusere forskyvningen og akselerasjonsbehovet i strukturene. I noen tilfeller kommer trusselen om skade ikke fra selve det første sjokket, men snarere fra den periodiske resonansbevegelsen til strukturen som gjentatt bakkebevegelse induserer. I praktisk forstand virker supplerende dempere på samme måte som støtdempere som brukes i biloppheng .

Innstilt massespjeld

Avstemte massespjeld (TMD) bruker bevegelige vekter på en slags fjærer. Disse brukes vanligvis for å redusere vindsving i veldig høye, lette bygninger. Lignende design kan brukes for å gi jordskjelvmotstand i åtte til ti etasjes bygninger som er utsatt for destruktive jordskjelvinduserte resonanser.

Slosh tank

En slosh-tank er en stor beholder med væske med lav viskositet (vanligvis vann) som kan plasseres på steder i en struktur hvor laterale svingende bevegelser er betydningsfulle, for eksempel taket, og innstilt for å motvirke den lokale resonansdynamiske bevegelsen. Under en seismisk (eller vind) hendelse vil væsken i tanken skyve frem og tilbake med væskebevegelsen som regel styres og styres av interne ledeplater - skillevegger som forhindrer at selve tanken blir resonansfull med strukturen, se Slosh-dynamikken . Den nettodynamiske responsen til den totale strukturen reduseres på grunn av både motvirkende bevegelse av masse, så vel som energispredning eller vibrasjonsdemping som oppstår når væskens kinetiske energi omdannes til varme av ledeplatene. Generelt vil temperaturstigningen i systemet være minimal og avkjøles passivt av den omgivende luften. One Rincon Hill i San Francisco er en skyskraper med en slosh-tak på taket som først og fremst ble designet for å redusere størrelsen på lateral svingende bevegelse fra vind. En slosh-tank er en passiv innstilt massespjeld . For å være effektiv er væskens masse vanligvis i størrelsesorden 1% til 5% av massen den motvirker, og ofte krever dette et betydelig volum væske. I noen tilfeller er disse systemene designet for å fungere som nødvannssister for branndemping.

Aktivt kontrollsystem

Svært høye bygninger (" skyskrapere "), når de bygges med moderne lette materialer, kan svinge ubehagelig (men ikke farlig) under visse vindforhold. En løsning på dette problemet er å inkludere i noen øvre etasjer en stor masse, begrenset, men fri til å bevege seg innenfor et begrenset område, og bevege seg på et slags bæresystem som luftpute eller hydraulisk film. Hydrauliske stempler , drevet av elektriske pumper og akkumulatorer, drives aktivt for å motvirke vindkreftene og naturlige resonanser. Disse kan også, hvis de er riktig utformet, være effektive for å kontrollere overdreven bevegelse - med eller uten påført kraft - i et jordskjelv. Generelt sett er imidlertid høye bygninger i stålramme ikke like utsatt for farlig bevegelse som bygninger med middels høy (åtte til ti etasjers ), da resonansperioden for en høy og massiv bygning er lengre enn de omtrent ett sekundssjokkene som brukes av Et jordskjelv.

Adhoc tillegg av strukturell støtte / forsterkning

Den vanligste formen for seismisk ettermontering til lavere bygninger er å styrke den eksisterende strukturen for å motstå seismiske krefter. Forsterkningen kan være begrenset til forbindelser mellom eksisterende bygningselementer, eller det kan innebære å legge til primære motstandselementer som vegger eller rammer, spesielt i de lavere historiene. Vanlige ettermonteringstiltak for uforsterkede murbygninger i det vestlige USA inkluderer tillegg av stålrammer, tillegg av armert betongvegger og i noen tilfeller tillegg av isolasjon.

Forbindelser mellom bygninger og deres utvidelse tillegg

Ofte vil bygningstillegg ikke være sterkt knyttet til den eksisterende strukturen, men bare plassert ved siden av den, med bare mindre kontinuitet i gulv, ytterkledning og taktekking. Som et resultat kan tilsetningen ha en annen resonansperiode enn den opprinnelige strukturen, og de kan lett løsne seg fra hverandre. Den relative bevegelsen vil da føre til at de to delene kolliderer og forårsaker alvorlig strukturell skade. Seismisk modifisering vil enten binde de to bygningskomponentene stivt sammen, slik at de oppfører seg som en enkelt masse, eller det vil bruke dempere for å bruke energien fra relativ bevegelse, med passende tillatelse for denne bevegelsen, for eksempel økt avstand og glidende broer mellom seksjoner.

Utvendig forsterkning av bygningen

Utvendige betongsøyler

Historiske bygninger, laget av uarmert mur, kan ha kulturelt viktige interiørdetaljer eller veggmalerier som ikke skal forstyrres. I dette tilfellet kan løsningen være å legge til et antall stål, armert betong eller etterspente betongsøyler på utsiden. Det må tas nøye hensyn til forbindelsene med andre medlemmer, for eksempel fotfeste, topplater og takstoler.

Fyll skjærstoler

 

Her vises en utvendig skjærarmering av en konvensjonell sovesal med armert betong. I dette tilfellet var det tilstrekkelig vertikal styrke i bygningssøylene og tilstrekkelig skjærstyrke i de nedre etasjene til at bare begrenset skjærarmering var nødvendig for å gjøre det jordskjelvbestandig for dette stedet nær Hayward-feilen .

Massiv utvendig struktur

 

Under andre omstendigheter kreves det langt større forsterkning. I strukturen som vises til høyre - et parkeringshus over butikker - blir plassering, detaljering og maling av forsterkningen i seg selv en arkitektonisk utsmykning.

Typiske ettermonteringsløsninger

Soft-story fiasko

Hovedartikkel: Soft story building
Delvis svikt på grunn av utilstrekkelig skjærkonstruksjon på garasjeplan. Skader i San Francisco på grunn av Loma Prieta- arrangementet.

Denne kollapsmodusen er kjent som soft story collaps . I mange bygninger er bakkenivået designet for forskjellige bruksområder enn de øvre nivåene. Lavkonstruksjoner kan bygges over et parkeringshus som har store dører på den ene siden. Hotell kan ha en høy første etasje for å tillate en storslått inngang eller ballsal. Kontorbygninger kan ha butikker i første etasje med kontinuerlige utstillingsvinduer .

Tradisjonell seismisk design forutsetter at de nedre historiene til en bygning er sterkere enn de øvre etasjene; der dette ikke er tilfelle - hvis den nedre historien er mindre sterk enn den øvre strukturen - vil strukturen ikke svare på jordskjelv på forventet måte. Ved hjelp av moderne designmetoder er det mulig å ta en svak lavere historie i betraktning. Flere feil av denne typen i et stort leilighetskompleks forårsaket de fleste dødsfall i jordskjelvet i Northridge i 1994 .

Typisk, der denne typen problemer er funnet, forsterkes den svake historien for å gjøre den sterkere enn etasjene over ved å legge til skjærvegger eller momentrammer. Momentrammer bestående av omvendte U- bøyler er nyttige for å bevare tilgang til garasje med lavere etasjer, mens en billigere løsning kan være å bruke skjærvegger eller takstoler flere steder, noe som delvis reduserer nytten for bilparkering, men likevel tillater at plassen brukes til annen lagring.

Bjelkesøyleforbindelser

Hjørneforsterket stålarmering og stenger med høy strekkfasthet med fuget anti-sprengjakke under

Bjelkekolonneforbindelser er en vanlig strukturell svakhet ved håndtering av seismisk ettermontering. Før introduksjonen av moderne seismiske koder tidlig på 1970-tallet, var bjelkesøylefuger vanligvis ikke konstruert eller designet. Laboratorietester har bekreftet den seismiske sårbarheten til disse dårlig detaljerte og underdesignede forbindelsene. Feil i bjelkekolonneforbindelser kan vanligvis føre til katastrofalt sammenbrudd i en rammebygging, som ofte observert i nylige jordskjelv

For armerte betongbjelkesøylefuger - forskjellige ettermonteringsløsninger har blitt foreslått og testet de siste 20 årene. Filosofisk sett kan de ulike seismiske ettermonteringsstrategiene diskutert ovenfor implementeres for armerte betongfuger. Betong- eller stålbekledning har vært en populær ettermonteringsteknikk frem til komposittmaterialer som karbonfiberarmert polymer (FRP). Komposittmaterialer som karbon FRP og aramisk FRP har blitt testet grundig for bruk i seismisk ettermontering med en viss suksess. En ny teknikk inkluderer bruken av selektiv svekkelse av bjelken og tilført ekstern etterspenning til skjøten for å oppnå bøyelig hengsling i bjelken, noe som er mer ønskelig med hensyn til seismisk utforming.

Utbredte sveisesvikt ved bjelkekolonneforbindelser i stål til lav til middels høye bygninger under jordskjelvet i Northridge 1994, har for eksempel vist de strukturelle manglene ved disse 'moderne designede' sveisede momentmotstandsforbindelsene etter 1970-tallet. Et påfølgende SAC-forskningsprosjekt [4] har dokumentert, testet og foreslått flere ettermonteringsløsninger for disse sveisede momentmotstandsforbindelsene. Ulike ettermonteringsløsninger er utviklet for disse sveisede skjøtene - for eksempel a) sveiseforsterkning og b) tilsetning av stålbøyle eller "hundeben" -formflens.

Etter jordskjelvet i Northridge ble det funnet at en rekke stål moment-frame bygninger hadde skjøre brudd på bjelke-til-søyleforbindelser. Oppdagelsen av disse uventede sprø brudd på innrammingstilkoblinger var alarmerende for ingeniører og byggebransjen. Begynnelsen på 1960-tallet begynte ingeniører å anse sveisede øyeblikksrammer av stål som et av de mest duktile systemene i bygningskoden. Mange ingeniører mente at momentrammer i stål i det vesentlige var usårbare for jordskjelv indusert skade, og mente at hvis skader skulle oppstå, ville det være begrenset til duktilt utbytte av medlemmer og forbindelser. Observasjon av skader som ble påført bygninger i Northridge jordskjelv i 1994, indikerte at i motsetning til den tiltenkte oppførselen, i mange tilfeller, ble sprø brudd initiert i forbindelsene med svært lave nivåer av plastbehov. I september 1994 samlet SAC joint venture, AISC, AISI og NIST sammen en internasjonal workshop i Los Angeles for å koordinere innsatsen til ulike deltakere og for å legge grunnlaget for systematisk etterforskning og løsning av problemet. I september 1995 inngikk SAC Joint Venture en kontraktsavtale med FEMA om å gjennomføre fase II av SAC Steel-prosjektet. Under fase II fortsatte SAC sin omfattende problemfokuserte studie av ytelsen til momentmotstandsdyktige stålrammer og forbindelser av forskjellige konfigurasjoner, med det endelige målet å utvikle seismiske designkriterier for stålkonstruksjon. Som et resultat av disse studiene er det nå kjent at den typiske momentmotstandsforbindelsesdetaljen som ble brukt i stålmomentrammekonstruksjon før Northridge-jordskjelvet i 1994, hadde en rekke funksjoner som gjorde den iboende utsatt for sprø brudd.

Skjærfeil i gulvmembran

Gulv i trebygninger er vanligvis konstruert på relativt dype treverk, kalt bjelker , dekket med en diagonal treplanking eller kryssfiner for å danne et undergulv som overflaten på overflaten legges på. I mange strukturer er disse alle justert i samme retning. For å forhindre at bjelkene velter på siden, brukes blokkering i hver ende, og for ytterligere stivhet kan blokkering eller diagonalt tre eller metallavstivning plasseres mellom bjelkene på et eller flere punkter i spenningene. I ytterkanten er det typisk å bruke en enkelt blokkeringsdybde og en perimeterbjelke totalt.

Hvis blokkeringen eller spikringen er utilstrekkelig, kan hver bjelke legges flatt av skjærkreftene som påføres bygningen. I denne posisjonen mangler de fleste av sin opprinnelige styrke, og strukturen kan kollapse ytterligere. Som en del av en ettermontering kan blokkeringen dobles, spesielt i ytterkantene av bygningen. Det kan være hensiktsmessig å tilsette flere spiker mellom terskelplaten til omkretsveggen som er reist på gulvmembranen, selv om dette vil kreve å utsette terskelplaten ved å fjerne innvendig gips eller ytterkledning. Siden terskelplaten kan være ganske gammel og tørr, og det må brukes betydelige negler, kan det være nødvendig å forhåndsbor et hull for neglen i det gamle treverket for å unngå spaltning. Når veggen åpnes for dette formålet, kan det også være hensiktsmessig å binde vertikale veggelementer i fundamentet ved hjelp av spesialkoblinger og bolter limt med epoksysement i hull som bores i fundamentet.

Å gli av fundament og "krympevegg" -feil

Huset gled av fundamentet
Lav kryptering av veggkollaps og løsrivelse av struktur fra trapp i betong

Enkelt eller to-etasjers trerammestrukturer bygd på en omkrets eller platefundament er relativt trygge i et jordskjelv, men i mange konstruksjoner bygget før 1950 er terskelplaten som sitter mellom betongfundamentet og gulvmembranen (perimeterfundamentet) eller piggveggen (platefundament) er kanskje ikke boltet tilstrekkelig inn. I tillegg kan eldre tilbehør (uten betydelig korrosjonsbeskyttelse) ha korrodert til et svakhetspunkt. Et sidestøt kan skyve bygningen helt av fundamentet eller platen.

Ofte blir slike bygninger, spesielt hvis de er oppført i en moderat skråning, reist på en plattform som er koblet til et ytterfundament gjennom lave stendvegger som kalles "krympevegg" eller pin-up . Denne strukturen med lav vegg kan mislykkes i skjæringen eller i forbindelsene til seg selv i hjørnene, noe som fører til at bygningen beveger seg diagonalt og kollapser de lave veggene. Sannsynligheten for at pin-up svikter, kan reduseres ved å sikre at hjørnene er godt forsterket i skjær og at skjærpanelene er godt forbundet med hverandre gjennom hjørnestolpene. Dette krever kryssfiner av strukturell kvalitet, ofte behandlet for råtebestandighet. Denne kryssfinergraden er laget uten innvendige ufylte knuter og med flere, tynnere lag enn vanlig kryssfiner. Nye bygninger designet for å motstå jordskjelv vil vanligvis bruke OSB ( orientert strandplate ), noen ganger med metallfuger mellom panelene, og med godt festet stukkaturbelegg for å forbedre ytelsen. I mange moderne traktathus, spesielt de som er bygd på ekspansiv (leire) jord, er bygningen bygget på en enkelt og relativt tykk monolitisk plate, holdt i ett stykke av strekk med høy strekkfasthet som er stresset etter at platen har stivnet. Denne etterbelastningen setter betongen under kompresjon - en tilstand under hvilken den er ekstremt sterk i bøying og vil derfor ikke sprekke under ugunstige jordforhold.

Flere brygger i grunne groper

Noen eldre rimelige strukturer er forhøyet på tilspidsede betongstolper satt i grunne groper, en metode som ofte brukes til å feste utendørs dekk til eksisterende bygninger. Dette sees under forhold med fuktig jord, spesielt i tropiske forhold, da det etterlater et tørt ventilert rom under huset, og i nordlige forhold med permafrost (frossent gjørme), da det holder bygningens varme i å destabilisere bakken under. Under et jordskjelv kan mastene tippe, og sølle bygningen til bakken. Dette kan overvinnes ved å bruke dyphullede hull for å inneholde forsterkede mastere på plass, som deretter festes til gulvpanelet i hjørnene av bygningen. En annen teknikk er å legge tilstrekkelig diagonal avstivning eller seksjoner av betongskjærvegg mellom mastene.

Armert betongsøyle sprekker

Mantlet og fuget kolonne til venstre, umodifisert til høyre

Armerte betongsøyler inneholder vanligvis vertikal armeringsjern med stor diameter (armeringsjern) anordnet i en ring, omgitt av armeringsjern med lettere mål. Ved analyse av feil på grunn av jordskjelv, har det blitt innsett at svakheten ikke var i de vertikale stolpene, men snarere i utilstrekkelig styrke og mengde bøyler. Når bøylenes integritet er brutt, kan den vertikale armeringsstangen bøyes utover og understreke den sentrale søylen av betong. Betongen smuldrer så bare i små biter, nå ubegrenset av den omkringliggende armeringsjernet. I nybygg brukes en større mengde bøyle-lignende strukturer.

En enkel ettermontering er å omslutte søylen med en kappe av stålplater som er dannet og sveiset inn i en enkelt sylinder. Rommet mellom kappen og søylen fylles deretter med betong, en prosess som kalles fuging. Der jord- eller strukturforhold krever slik ytterligere modifikasjon, kan ytterligere spalter kjøres nær søylebunnen, og betongputer som knytter spaltene til pylonet er produsert på eller under bakkenivå. I eksemplet som er vist behøvde ikke alle kolonnene å bli modifisert for å oppnå tilstrekkelig seismisk motstand for de forventede forholdene. (Dette stedet ligger omtrent en kilometer fra Hayward Fault Zone .)

Armert betongvegg sprekker

Betongvegger brukes ofte ved overgangen mellom forhøyet vegfylling og overgangskonstruksjoner. Veggen brukes både til å beholde jorda og på den måten muliggjøre bruk av kortere spenn, og også for å overføre spennets vekt direkte nedover til fot i uforstyrret jord. Hvis disse veggene er utilstrekkelige, kan de smuldre opp under stresset fra jordskjelvets induserte bakkebevegelse.

En form for ettermontering er å bore en rekke hull i overflaten av veggen, og sikre kort L- formede deler av armeringsjern til overflaten av hvert hull med epoksy- lim . Ytterligere vertikal og horisontal armeringsjern blir deretter festet til de nye elementene, en form blir reist, og et ekstra lag av betong helles. Denne modifikasjonen kan kombineres med ekstra fotfot i utgravde skyttergraver og ekstra støttehylser og bindere for å beholde spennet på begrensningsveggene.

Skader på mur (påfyll) vegger

I murkonstruksjoner er mursteinbyggkonstruksjoner forsterket med belegg av glassfiber og passende harpiks (epoxy eller polyester). I underetasjer kan disse påføres over hele utsatte overflater, mens i øvre etasjer kan dette være begrenset til smale områder rundt vindu og døråpninger. Denne applikasjonen gir strekkfasthet som stiver veggen mot å bøye seg bort fra siden med applikasjonen. Effektiv beskyttelse av en hel bygning krever omfattende analyser og prosjektering for å bestemme de aktuelle stedene som skal behandles.

I bygninger av armert betong regnes murpåfyllingsvegger som ikke-strukturelle elementer, men skader på utfyllinger kan føre til store reparasjonskostnader og endre oppførselen til en struktur, til og med føre til nevnte myke-etasjes eller skjøtsvikt i bjelkesøylen. Lokal svikt i påfyllingspanelene på grunn av mekanismer i og utenfor flyet, men også på grunn av deres kombinasjon, kan føre til et plutselig fall i kapasitet og dermed forårsake global sprø svikt i strukturen. Selv ved jordskjelv med lavere intensitet kan skade på fylte rammer føre til store økonomiske tap og tap av menneskeliv.

For å forhindre murskader og feil, har typiske ettermonteringsstrategier sikte på å styrke fyllingen og gi tilstrekkelig forbindelse til rammen. Eksempler på ettermonteringsteknikker for utfylling av mur inkluderer stålforsterkede plaster, konstruerte sementholdige kompositter , tynne lag fiberarmerte polymerer (FRP) og sist også tekstilforsterkede mørtel (TRM).

Løfte

Der fuktig eller dårlig konsolidert alluvial jord grensesnitt i en "strandlignende" struktur mot underliggende fast materiale, kan seismiske bølger som vandrer gjennom alluvium forsterkes, akkurat som vannbølger mot en skrånende strand . Under disse spesielle forholdene er vertikale akselerasjoner opptil dobbelt tyngdekraften målt. Hvis en bygning ikke er festet til et godt innebygd fundament, er det mulig for bygningen å skyve fra (eller med) fundamentet i luften, vanligvis med alvorlig skade ved landing. Selv om det er velbegrunnet, kan høyere deler som øvre etasjer eller takkonstruksjoner eller festede strukturer som baldakiner og verandaer løsnes fra den primære strukturen.

God praksis i moderne, jordskjelvresistente strukturer tilsier at det er gode vertikale forbindelser gjennom alle komponenter i bygningen, fra uforstyrret eller konstruert jord til fundament til terskelplate til vertikale pigger til platehetten gjennom hver etasje og fortsetter til takkonstruksjonen. Over fundamentet og terskelplaten er forbindelsene vanligvis laget av stålrem eller arkstempling, spikret til treelementer ved hjelp av spesielle herdede høyskjærfasthetsspiker, og tunge vinkelstemplinger festet med gjennomgående bolter, ved bruk av store skiver for å forhindre gjennomtrekk. Hvor det er utilstrekkelige bolter mellom terskelplatene og et fundament i eksisterende konstruksjon (eller ikke er klarert på grunn av mulig korrosjon), kan spesielle klemplater legges til, som hver er festet til fundamentet ved hjelp av ekspansjonsbolter satt inn i hull boret i en eksponert ansikt av betong. Andre medlemmer må deretter festes til terskelplatene med ekstra beslag.

Jord

En av de vanskeligste ettermonteringene er det som kreves for å forhindre skade på grunn av jordfeil. Jordsvikt kan oppstå i en skråning, en skråningsfeil eller skred , eller i et flatt område på grunn av flytende vannmettet sand og / eller gjørme. Generelt må dype pilinger kjøres inn i stabil jord (vanligvis hard gjørme eller sand) eller til underliggende berggrunn, ellers må skråningen stabiliseres. For bygninger som er bygget oppå tidligere skred kan det praktiske ved ettermontering være begrenset av økonomiske faktorer, da det ikke er praktisk å stabilisere et stort, dypt skred. Sannsynligheten for jordskred eller jordfeil kan også avhenge av sesongmessige faktorer, siden jorden kan være mer stabil i begynnelsen av en våt sesong enn i begynnelsen av den tørre sesongen. Et slikt "to sesong" middelhavsklima sees i hele California .

I noen tilfeller er det beste som kan gjøres å redusere inngangen til vannavrenning fra høyere, stabile høyder ved å fange og omgå gjennom kanaler eller rør, og å tømme vann infiltrert direkte og fra underjordiske fjærer ved å sette inn horisontale perforerte rør. Det er mange steder i California hvor omfattende utvikling har blitt bygget på toppen av arkaiske skred, som ikke har beveget seg i historisk tid, men som (hvis både vannmettet og rystes av et jordskjelv) har stor sannsynlighet for å bevege seg masse , og bære hele deler av forstadsutvikling til nye steder. Selv om de mest moderne huskonstruksjonene (godt bundet til monolitiske betongfundamentplater forsterket med stolper til å spenne kabler) kan overleve en slik bevegelse stort sett intakt, vil bygningen ikke lenger være på sin rette plassering.

Utility rør og kabler: risiko

Rør til naturgass og propan til konstruksjoner viser seg ofte å være spesielt farlige under og etter jordskjelv. Skulle en bygning bevege seg fra grunnmuren eller falle på grunn av krympe veggkollaps, kan de duktile jernrørene som transporterer gassen i konstruksjonen bli ødelagt, vanligvis på stedet for gjengede ledd. Gassen kan så fremdeles tilføres til trykkregulatoren fra ledninger med høyere trykk og fortsette å strømme i betydelige mengder; Det kan da bli antent av en nærliggende kilde, slik som en tente tennflamme eller lysbuedannelse elektrisk forbindelse.

Det er to primære metoder for automatisk å begrense strømmen av gass etter et jordskjelv, installert på lavtrykkssiden av regulatoren, og vanligvis nedstrøms for gassmåleren.

  • En burkule av metall kan være anordnet ved kanten av en åpning. Ved seismisk støt vil ballen rulle inn i åpningen og tette den for å forhindre gassstrømning. Kulen kan senere tilbakestilles ved bruk av en ekstern magnet . Denne enheten reagerer bare på bakken.
  • En strømningsfølsom enhet kan brukes til å lukke en ventil hvis strømmen av gass overstiger en innstilt terskel (omtrent som en elektrisk strømbryter ). Denne enheten vil fungere uavhengig av seismisk bevegelse, men vil ikke svare på mindre lekkasjer som kan være forårsaket av et jordskjelv.

Det ser ut til at den sikreste konfigurasjonen ville være å bruke en av hver av disse enhetene i serie.

Tunneler

Med mindre tunnelen trenger inn i en feil som sannsynligvis vil skli, er den største faren for tunneler et ras som blokkerer en inngang. Ytterligere beskyttelse rundt inngangen kan brukes for å avlede alt fallende materiale (lignende som gjøres for å avlede snøskred ), eller skråningen over tunnelen kan stabiliseres på en eller annen måte. Der det bare forventes å falle små til mellomstore steiner og steinblokker, kan hele skråningen dekkes med trådnett, festet ned til skråningen med metallstenger. Dette er også en vanlig modifikasjon av motorveiskutt når det foreligger passende forhold.

Undervannsrør

Sikkerheten til rør under vann er avhengig av jordforholdene tunnelen ble bygget gjennom, materialene og forsterkningene som ble brukt, og det maksimale forventede jordskjelvet som forventes, og andre faktorer, hvorav noen kan forbli ukjente under gjeldende kunnskap.

BART-rør

Et rør av spesiell strukturell, seismisk, økonomisk og politisk interesse er BART (Bay Area Rapid Transit) transbay-rør . Dette røret ble konstruert på bunnen av San Francisco Bay gjennom en innovativ prosess. I stedet for å skyve et skjold gjennom det myke bukta, ble røret konstruert på land i seksjoner. Hver seksjon besto av to indre togtunneler med sirkulært tverrsnitt, en sentral tilgangstunnel med rektangulært tverrsnitt og et ytre ovalt skall som omfatter de tre indre rørene. Mellomrom var fylt med betong. Nederst i bukta ble det gravd ut en grøft og en flat seng av pukk som ble klargjort for å motta rørdelene. Seksjonene ble deretter fløtt på plass og senket, og deretter satt sammen med bolteforbindelser til tidligere plasserte seksjoner. En overfylling ble deretter plassert på toppen av røret for å holde den nede. Når de var ferdige fra San Francisco til Oakland, ble skinnene og de elektriske komponentene installert. Den forventede responsen fra røret under et større jordskjelv ble sammenlignet med den som for en streng (kokt) spaghetti i en bolle med gelatindessert . For å unngå overbelastning av røret på grunn av differensielle bevegelser ved hver ende, en glidende glideskjøt ble inkludert på San Francisco terminus under fjell Ferry Building .

Ingeniørene av byggekonsortiet PBTB (Parsons Brinckerhoff-Tudor-Bechtel) brukte de beste estimatene av grunnbevegelse som var tilgjengelig på den tiden, nå kjent for å være utilstrekkelig gitt moderne beregningsanalysemetoder og geoteknisk kunnskap. Uventet oppgjør av røret har redusert mengden glid som kan innkvarteres uten feil. Disse faktorene har resultert i at glideforbindelsen er designet for kort til å sikre overlevelse av røret under mulige (kanskje til og med sannsynlige) store jordskjelv i regionen. For å rette opp denne mangelen må glideskjøten utvides for å tillate ytterligere bevegelse, en modifikasjon forventes å være både kostbar og teknisk og logistisk vanskelig. Andre ettermonteringer av BART-røret inkluderer vibrasjonskonsolidering av rørets overfylling for å unngå potensiell flyting av overfyllingen, som nå er fullført. (Hvis overfyllingen mislykkes, er det fare for at deler av røret stiger fra bunnen, en hendelse som potensielt kan føre til svikt i seksjonstilkoblingene.)

Bro ettermontering

Broer har flere feilmodus.

Ekspansjonsrockere

Mange korte brospenn er statisk forankret i den ene enden og festet til vippere i den andre. Denne vippeen gir vertikal og tverrgående støtte samtidig som brospennet utvides og trekkes sammen med temperaturendringer. Endringen i lengden på spennet er plassert over et gap i kjørebanen av kamlignende ekspansjonsfuger . Under kraftig bakkebevegelse kan rockerne hoppe fra sporene sine eller bli flyttet utover deres designgrenser, noe som får broen til å forlate fra hvilepunktet og deretter enten bli feiljustert eller mislykkes helt. Bevegelse kan begrenses ved å legge til duktile eller høystyrke stålrestriksjoner som er friksjonsfestet til bjelker og designet for å gli under ekstrem belastning, mens bevegelsen fremdeles begrenses i forhold til forankringen.

Dekkstivhet

Ytterligere diagonaler ble satt inn under begge dekkene til denne broen

Hengebroer kan svare på jordskjelv med en side-til-side bevegelse som overstiger det som ble designet for vindkastrespons. Slik bevegelse kan forårsake fragmentering av veidekket, skade på lagre og plastisk deformasjon eller ødeleggelse av komponenter. Enheter som hydrauliske dempere eller spente glideforbindelser og ytterligere diagonal forsterkning kan legges til.

Gitterdragere, bjelker og bånd

Foreldede naglede gittermedlemmer

Gitterdragere består av to "I" -bjelker forbundet med et kryssgitter av flat stropp eller vinkelmasse. Disse kan styrkes sterkt ved å erstatte det åpne gitteret med plateelementer. Dette gjøres vanligvis sammen med utskifting av varme nagler med bolter.

Boltet utskifting av plategitter, som danner kassemedlemmer

Varme nagler

Mange eldre strukturer ble produsert ved å sette glødende nagler i forborede hull; de myke naglene blir deretter peenet ved hjelp av en lufthammer på den ene siden og en bøylestang på hodeenden. Når disse avkjøles sakte, blir de igjen i en glødet (myk) tilstand, mens platen, etter å ha blitt varmvalset og slukket under fremstillingen, forblir relativt hard. Under ekstrem belastning kan de harde platene skjære de myke naglene og føre til svikt i skjøten.

Løsningen er å brenne ut hver nagle med en oksygenfakkel . Hullet blir deretter klargjort til en presis diameter med en romer . En spesiell lokaliseringsbolt , bestående av et hode, en aksel som matcher det innstrammede hullet, og en gjenget ende settes inn og holdes fast med en mutter og strammes deretter med en skiftenøkkel . Ettersom bolten er dannet av en passende høyfast legering og også har blitt varmebehandlet, er den ikke utsatt for verken plastskjærfeil som er typisk for varme nagler eller sprø brudd på vanlige bolter. Enhver delvis feil vil være i plaststrømmen av metallet som er sikret med bolten; med riktig konstruksjon bør en slik feil være ikke-katastrofal.

Fyll og passér

Forhøyede veier er vanligvis bygget på seksjoner med forhøyet jordfylling forbundet med brolignende segmenter, ofte støttet med vertikale søyler. Hvis jorden mislykkes der en bro slutter, kan broen kobles fra resten av kjørebanen og bryte vekk. Ettermonteringen for dette er å legge til ekstra forsterkning til en hvilken som helst støttevegg, eller å legge til dype kasser ved siden av kanten i hver ende og koble dem med en støttebjelke under broen.

En annen feil oppstår når fyllingen i hver ende beveger seg (gjennom resonanseffekter) i bulk, i motsatt retning. Hvis det ikke er tilstrekkelig grunnhylle for overgangen, kan den falle. Ekstra hylle- og duktile stag kan legges til for å feste overfoten til fotfoten i den ene eller begge ender. Stagene, i stedet for å være festet til bjelkene, kan i stedet festes til dem. Under moderat belastning holder disse overgangen sentrert i gapet slik at det er mindre sannsynlig å gli av grunnhyllen i den ene enden. Evnen til de faste endene til å gli, i stedet for å bryte, vil forhindre at konstruksjonen faller fullstendig hvis den ikke skulle ligge på foten.

Viadukter

Store deler av veibanen kan bestå helt av viadukt, seksjoner uten tilknytning til jorden enn gjennom vertikale søyler. Når betongsøyler brukes, er detaljering kritisk. Typisk feil kan være å velte en rad med søyler på grunn av feil på jordforbindelse eller utilstrekkelig sylindrisk innpakning med armeringsjern. Begge feilene ble sett i det store Hanshin-jordskjelvet i 1995 i Kobe, Japan , hvor en hel viadukt, sentralt støttet av en enkelt rad med store kolonner, ble lagt til den ene siden. Slike søyler forsterkes ved å grave ut til fundamentputen, kjøre ekstra pilings og legge til en ny, større pad, godt forbundet med armeringsjern ved siden av eller inn i kolonnen. En kolonne med utilstrekkelig innpakningsstang, som er utsatt for sprengning og deretter hengslet ved sprengningspunktet, kan være helt innkapslet i en sirkulær eller elliptisk kappe av sveiset stålplate og fuget som beskrevet ovenfor.

Cypress Freeway- viaduktkollaps. Legg merke til svikt i utilstrekkelig anti-burst-innpakning og mangel på forbindelse mellom øvre og nedre vertikale elementer.

Noen ganger kan viadukter svikte i forbindelsene mellom komponentene. Dette ble sett på svikt i Cypress Freeway i Oakland, California , under jordskjelvet i Loma Prieta . Denne viadukten var en to-nivå struktur, og de øvre delene av kolonnene var ikke godt forbundet med de nedre delene som støttet det nedre nivået; dette førte til at øvre dekk kollapset på nedre dekk. Svake forbindelser som disse krever ytterligere utvendig mantling - enten gjennom eksterne stålkomponenter eller av en komplett mantel av armert betong, ofte ved bruk av stubforbindelser som er limt (ved hjelp av epoksylim ) i mange borede hull. Disse stubbene blir deretter koblet til ekstra innpakning, eksterne former (som kan være midlertidige eller permanente) blir reist, og ekstra betong helles ut i rommet. Store tilkoblede strukturer som ligner på Cypress Viaduct, må også analyseres riktig i sin helhet ved hjelp av dynamiske datasimuleringer.

Ettermontering av boliger

Side-til-side krefter forårsaker mest jordskjelvskader. Bolting av mudderkarmen til fundamentet og påføring av kryssfiner på krympede vegger er noen få grunnleggende ettermonteringsteknikker som huseiere kan bruke på treinnrammede boligstrukturer for å dempe effekten av seismisk aktivitet. Den City of San Leandro laget retningslinjer for disse prosedyrene, som beskrevet i følgende heftet . Offentlig bevissthet og initiativ er avgjørende for ettermontering og bevaring av eksisterende bygningsmasse, og en slik innsats som Association of Bay Area Governments er medvirkende til å gi informasjonsressurser til seismisk aktive samfunn.

Trerammestruktur

De fleste hus i Nord-Amerika er trerammede strukturer. Tre er et av de beste materialene for jordskjelvbestandig konstruksjon siden det er lett og mer fleksibelt enn mur. Det er lett å jobbe med og billigere enn stål, mur eller betong. I eldre hjem er de viktigste svakhetene forbindelsen fra de treinnrammede veggene til fundamentet og de relativt svake "krymperveggene". (Forkrøplede vegger er de korte treveggene som strekker seg fra toppen av fundamentet til det laveste gulvnivået i hus som har hevede gulv.) Å legge forbindelser fra bunnen av den trerammede strukturen til fundamentet er nesten alltid en viktig del av en seismisk ettermontering. Avstivning av krympeveggene for å motstå side-til-side krefter er viktig i hus med krympe vegger; avstivning gjøres vanligvis med kryssfiner . Oriented strand board (OSB) fungerer ikke like konsekvent som kryssfiner, og er ikke det foretrukne valget av ettermonteringsdesignere eller installatører.

Ettermonteringsmetoder i eldre trerammekonstruksjoner kan bestå av følgende og andre metoder som ikke er beskrevet her.

  • De laveste plateskinnene på veggene (vanligvis kalt "mudsills" eller "foundation sills" i Nord-Amerika) er boltet til et kontinuerlig fundament, eller sikret med stive metallkontakter boltet til fundamentet for å motstå side-til-side krefter.
  • Krympede vegger er avstivet med kryssfiner.
  • Valgte vertikale elementer (vanligvis stolpene i endene av avstivende paneler av kryssfinér) er koblet til fundamentet. Disse forbindelsene er ment for å forhindre at de avstivede veggene vipper opp og ned når de utsettes for frem og tilbake krefter på toppen av de avstivede veggene, for ikke å motstå veggen eller huset som "hopper" av fundamentet (som nesten aldri forekommer) .
  • I to-etasjes bygninger som bruker "plattforminnramming" (noen ganger kalt "vestlig" stilkonstruksjon, hvor vegger gradvis blir reist på den nedre etasjens øvre membran, i motsetning til "østlig" eller ballonginnramming ), er de øvre veggene koblet til underveggene med spenningselementer. I noen tilfeller kan forbindelser utvides vertikalt for å omfatte fastholdelse av visse takelementer. Denne typen styrking er vanligvis veldig kostbar med hensyn til den oppnådde styrken.
  • Vertikale stolper er festet til bjelkene eller andre medlemmer de støtter. Dette er spesielt viktig der tap av støtte vil føre til kollaps av et segment av en bygning. Forbindelser fra stolper til bjelker kan ikke motstå merkbare side-til-side krefter; det er mye viktigere å styrke rundt omkretsen av en bygning (avstivning av krympeveggene og supplere fundament-til-tre-innrammingstilkoblinger) enn det er å forsterke forbindelser etter bjelke.

Innramming av tre er effektivt når det kombineres med murverk, hvis strukturen er riktig utformet. I Tyrkia er de tradisjonelle husene (bagdadi) laget med denne teknologien. I El Salvador brukes tre og bambus til boligbygging.

Forsterket og uforsterket mur

I mange deler av utviklingsland som Pakistan, Iran og Kina er ikke forsterket eller i noen tilfeller forsterket mur den overveiende formen for strukturer for landlige boliger og boliger. Murverk var også en vanlig konstruksjonsform tidlig på 1900-tallet, noe som innebærer at et betydelig antall av disse utsatte murverkene ville ha betydelig arvverdi. Murvegger som ikke er forsterket, er spesielt farlige. Slike strukturer kan være mer hensiktsmessige for utskifting enn ettermontering, men hvis veggene er de viktigste bærende elementene i konstruksjoner av beskjeden størrelse, kan de forsterkes riktig. Det er spesielt viktig at gulv- og takbjelker festes sikkert til veggene. Ytterligere vertikale støtter i form av stål eller armert betong kan tilsettes.

I det vestlige USA er mye av det som blir sett på mur, faktisk murstein eller steinfiner. Gjeldende konstruksjonsregler tilsier hvor mye festing som kreves, som består av metallstropper festet til vertikale strukturelementer. Disse stroppene strekker seg inn i mørtelbaner, og finer fineren til den primære strukturen. Eldre strukturer kan ikke sikre dette tilstrekkelig for seismisk sikkerhet. En svakt sikret finér i et husinteriør (noen ganger brukt mot en peis fra gulv til tak) kan være spesielt farlig for beboerne. Eldre murskorsteiner er også farlige hvis de har betydelig loddrett forlengelse over taket. Disse er utsatt for brudd på taklinjen og kan falle inn i huset i et enkelt stort stykke. For ettermontering kan tilleggsstøtter legges til; det er imidlertid ekstremt dyrt å styrke en eksisterende mursteins skorstein for å være i samsvar med moderne designstandarder. Det er best å bare fjerne forlengelsen og erstatte den med lettere materialer, med en spesiell metallrør som erstatter røykflisen og en trekonstruksjon som erstatter murverket. Dette kan matches med eksisterende murverk ved å bruke veldig tynn finér (ligner på en flis, men med utseendet til en murstein).

Se også

Referanser

Eksterne linker