Jordskælvsteknik: Kan En Bygning Modstå 1994 Northridge Jordskælv?

{h1}

Forskere studerer, hvordan en to-etagers bygning af koldformet stål kan modstå kraftige jordskælv.

BUFFALO, N.Y. - I en kavernøs lagerbygning her ved University of Buffalo satte en gruppe mænd og kvinder hårde hatte på og ventede på et jordskælv på 6,7, der skulle strejke. Men det var ikke en almindelig jordskælv, der blev genereret af brud på fejl dybt i jorden - disse rumblings blev skabt med vilje.

Forskere fra Johns Hopkins Universitet tilbragte sommeren ved University of Buffalo's jordskælvsteknologiforskningscenter for at se, hvordan en to-etagers bygning af koldformet stål - tynde, lette stålplader, der rulles eller presses i bjælker til at konstruere blandt andet ting, moderne skyskrabere - kan modstå kraftige seismiske kræfter.

I løbet af de sidste par måneder har Benjamin Schafer og Kara Peterman, begge Whiting School of Engineering i Johns Hopkins i Baltimore, udført en række tests på to tilsvarende konstruerede bygninger - en bestående af bare et blåt stålskelet og et sekund med udvendig maling og ikke-strukturelle elementer tilsat, herunder indvendige vægge, en trappe og et lag gul vejrbestandigt materiale.

I midten af ​​august havde forskerne allerede gennemført 131 forskellige shake-test på deres bygninger, men den 16. august forberedte Schafer og Peterman sig på deres endelige og stærkeste test: En simulering af jordskælvet i Northridge i 1994, der rockede Los Angeles og dræbte 60 mennesker og forårsager omkring 13 mia. dollars i skade. [Billedgalleri: Dette Millenniums ødelæggende jordskælv]

I jordskælvetestningsanlægget er to-etagesbygningen imponerende, der måler 50 meter lang, 20 fod (6 m) bred og 6 meter høj. Strukturens udseende er unremarkable - let at fejle for de første etager af enhver spirende ny udvikling på en byggeplads - spar for en klynge af tunge kæder, der stammer fra det ufærdige tag til en overliggende kran, der blev brugt til at sænke bygningen på lab's massive rystebord. Disse bevægelige platforme, der er drevet af hydraulikpumper, der kun er næppe synlige gennem et hul i gulvet, er i stand til at replikere de jordskælvs seismiske kræfter.

Kendte ukendte

I deres tidligere test blev de koldformede stålkonstruktioner designet til at stå op til de mindre skælv, som Schafer og Peterman skabte, men forskerne var nu nysgerrige, hvordan deres anden bygning, udstyret med indvendige vægge og en trappe, ville fare, hvis de genskabte kræfterne, så bygningen sad næsten oven på Northridge jordskælvens fejllinje.

"I vores andre test vidste vi, at bygningen var konstrueret til stadig at stå efter, så det skaber helt sikkert en tillid, men i dag er det et stort spørgsmålstegn," sagde Peterman, en venlig og snakket civilingeniør doktorand, til WordsSideKick.com med en nervøs grin om morgenen for den sidste shake test. "Vi ved virkelig ikke, hvad der vil ske. Vi håber, det er i det mindste ikke katastrofalt."

Når bygninger er udformet, indbygger bygningsingeniører såkaldte forskydningsvægge, som består af braced paneler og bruges til at forankre bygningen mod kræfter som stærk vind eller seismisk aktivitet. Men under selve jordskælv - især meget intense - kan bygninger virke noget uregelmæssigt, sagde Schafer.

"Ingen fortæller bygningen, hvilken del der skal modstå jordskælvet, og som ikke burde", sagde Schafer, den høje og bookige stol ved civilingeniør ved Johns Hopkins, og studiens ledende forsker, animeret til WordsSideKick.com. "Mange af bygningens dele kan blive involveret i et jordskælv, og du kan ikke undgå det. For et virkelig stort jordskælv siger de fleste teorier, at alle de små ting kan blive beskadiget, men du bliver efterladt af skærevægge, som du oprindeligt har designet til at støtte den. Men du kan ikke teste den idé, før du har et stort jordskælv. I dag laver vi et stort jordskælv. "

Ryst det

Ti kameraer og mere end 100 sensorer blev fastgjort til bygningen for at registrere mængden af ​​bevægelse og beskadige strukturen vedvarende under testen. Da platformene begyndte at ryste, rystede to-etagersbygningen fra side til side midt i høje rumblings og flere døvende revner.

I slutningen ventede Schafer og Peterman for sensorerne at indikere, at bygningen stadig var strukturelt forsvarlig, før de gik ind for at inspicere mængden af ​​skade. Efter nøje at undersøge væggene tæt på, skinnende lygter i mørke hjørner og bøje ned for at se leddene mellem vægge, forskede forskerne sammen for at diskutere deres tidlige observationer, før Schafer erklærede testen en rungende succes.

"Der er revner og meget skade i hjørner, men det er alt smukt kosmetisk," sagde Schafer spændt efter inspektionen, smilende bredt, som om overrasket af bygningens modstandsdygtighed. "På nogle få steder på ydersiden kan vi se nogle skader, og når vi tager af det [vejrbestandige materiale], kan vi muligvis se skærevæggene beskadiget, men forestillingen var langt bedre end vi nogensinde ville have haft forestillet sig."

Schafer og Peterman bliver nødt til at rive ned deres testbygning i denne måned for at skabe plads til et nyt forskergruppe, der skal flytte ind i jordskælvet.Efter at have holdt en sommer af rystetest, der kulminerede i den simulerede Northridge-jordskælvet, har deres bygning med sine bare vægge og enlig trappe gjort sit arbejde.

Peterman sagde, at hun vil være ked af at se bygningen revet ned, men hun bliver ikke knyttet til hendes teststrukturer længere. Alligevel sidder det første objekt, som hun nogensinde har udført jordskælvstest på - et lille palmeformatobjekt - stolt på skrivebordet på arbejdspladsen, sagde hun.

Benjamin Schafer (venstre), Kara Peterman (center) og konstruktionsingeniør Rob Madsen (højre i den grønne skjorte) står foran deres koldformede stålbygning og diskuterer resultaterne af strukturens jordskælvstest.

Benjamin Schafer (venstre), Kara Peterman (center) og konstruktionsingeniør Rob Madsen (højre i den grønne skjorte) står foran deres koldformede stålbygning og diskuterer resultaterne af strukturens jordskælvstest.

Kredit: Denise Chow / WordsSideKick.com

Jordskælv postmortem

I mellemtiden vil det tage Schafer og Peterman måneder at pore gennem alle data fra deres sensorer, men under deres første undersøgelse af bygningen oplevede forskerne noget uventet på anden sal.

Da strukturen blev designet, var 11 betonblokke, der hver vejede 2.000 lbs. (907 kg), blev stablet på anden sal for at repræsentere møbler og folk, der kunne besætte i en bygning i et rigtigt jordskælv og var i selve Northridge jordskælvet. [De 10 største jordskælv i historien]

Efter den simulerede Northridge-jordskælv var Schafer og Peterman overrasket over at finde ud af, at 2.000-lb. blokke flyttede omkring 10 inches (25 centimeter) fra deres oprindelige positioner.

"Da bygningen flyttede, var blokkene deres egne ting," forklarede Schafer. "De flyttede alle, herunder en, der dunkede ind i bagvæggen, hvilket måske havde været den knæk, vi hørte."

I deres obduktion af bygningen vil Schafer og Peterman undersøge hvert stykke af bygningen, herunder at lede efter skjulte skader inde i væggene. Deres resultater kunne medvirke til at forbedre landsdækkende byggekoder for koldformede stålbygninger, som i stigende grad er populære for lav- og mellembygninger. Forskningen kunne reducere sandsynligheden for fremtidige katastrofale byggekollaps i jordskælv-tilbøjelige områder i landet.

"Målet er at forbedre den koldformede stål seismiske design kode," sagde Peterman. "I fremtiden vil vi være i stand til mere effektivt at designe koldformede stålbygninger, fordi vi har en ide om hvad der sker. Hvis du har et bedre billede af, hvordan disse bygninger reagerer på seismiske belastninger, vil du kunne at gøre mere informerede designs. "

Følg Denise Chow på Twitter @denisechow. Følg WordsSideKick.com @wordssidekick, Facebook & Google+. Originalartikel om WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com