概述:
随着城市化和基础设施的不断发展,地面振动问题变得越来越普遍。这些振动通常以瑞利波的形式在地表附近传播,可能导致结构损坏,破坏敏感设备,甚至影响人类的健康和福祉。传统的减振方法,如使用混凝土和土工泡沫等材料的开槽或填充沟,在成本、环境影响和有效性等方面都有局限性。
隔振材料:
TDA是通过粉碎废旧轮胎生产的,是传统方法的可持续替代方案。全球废旧轮胎的积累引起了严重的环境问题,估计每年有15亿个轮胎被丢弃,预计到2023年将达到50亿个。TDA为这些轮胎的再利用提供了一个实用的解决方案,为循环经济做出了贡献,同时满足了对有效减振日益增长的需求。
SmartSolo节点地震仪:实现精确的振动测量
加拿大戴尔豪斯大学(Dalhousie University)的研究人员在他们开创性的研究中使用了SmartSolo IGU-16HR 3C节点地震仪,以评估TDA作为振动屏障的有效性。SmartSolo节点地震仪以其高分辨率和三维振动测量能力而闻名,这在为本研究捕获准确数据方面发挥了重要作用。这些最先进的传感器具有卓越的灵敏度和广泛的频率范围,使其成为地球科学中各种应用的理想选择,包括地震监测,地质调查和工程调查。
本次研究目的是验证TDA作为沟槽屏障填充材料的用途,并评估其与明沟相比的性能。此外,该项目还考虑了埋地TDA沟槽的有效性。实验是在长2.75米、宽2.25米、深1.8米的钢罐内进行100余次振动试验。沟槽深度和振动源频率分别为0.2-0.6米和100-200Hz。
(a)施加垂直振动(b)测量振动和收集数据
实验程序(如下图):(a)放置EPS泡沫土工布;(b)压实回填材料; (c)沙锥试验; (d)放置沟槽箱;(e)安装三分量节点地震仪;(f)将TDA放置在沟槽箱内。
为检验TDA沟槽作为隔振屏障的有效性,科研团队进行了约109次振动试验。此外,本研究还考虑了沟槽深度、振动源频率、沟槽深度和土壤埋深的影响。
根据本次实验结果,得出以下结论:
(a)开放沟槽和 (b) TDA沟槽结果与文献的比较
1.对于开放式和 TDA沟槽,随着与振动源距离的增加,振幅减小率会出现波动。这种波动的主要原因是由于土壤异质性、槽和沟槽边界以及 TDA 填充材料导致新产生的波与衍射波和反射波发生干扰。
2.沟槽深度对开放式和TDA填充式沟槽的隔振效果有显著影响。
3.TDA 沟槽在任何频率水平上的表现都优于开放式沟槽。此外,由于 TDA具有高阻尼能力,TDA沟槽能够减轻由于波干扰而发生的波放大。
4.对于一定的沟槽深度,科研团队发现平均振幅减小率随着归一化沟槽深度的增加而减小。观测表明,为了显著减轻振动(约73%),开放式和TDA沟槽深度应在1到1.3米之间。
5.这项研究的一个重要发现是,增加标准化沟槽深度并不意味着更好的隔振效果。同时,高频下的隔振效果优于低频下的隔振效果。因此,在评估减振系统时,应考虑不同沟槽深度与相应归一化沟槽深度的耦合效应。
6.与沿X和Y方向传播的波相比,开放式和TDA沟槽在减轻垂直振动方面具有更好的性能。TDA沟槽在X和Y方向上表现出类似的隔振效果。研究还发现,减轻X和Y方向上的振动幅度的最佳归一化深度介于1-1.3 米之间适用于明渠和TDA沟渠。
研究的意义与贡献
Dalhousie大学的研究,利用SmartSolo IGU-16HR 3C节点地震仪,极大地提高了我们对TDA作为可持续和有效的振动缓解解决方案的潜力的理解。该研究为地球科学领域的工程师和研究人员提供了宝贵的见解,为在各种土木工程项目中实施TDA堑壕提供了坚实的基础。
作为地球科学服务领先者,SmartSolo在生成这些关键数据方面发挥了关键作用,实现了精确的测量,并促进了对振动缓解所涉及的复杂动力学的更深入了解。该研究结果与SmartSolo先进技术相结合,为可持续、经济、环保的振动控制解决方案的开发提供了动力,有助于更安全、更有弹性的基础设施和更健康的环境。
本文作者来源:
Ahmed Moussa: Writing – original draft, Methodology, Formal analysis, Data curation, Conceptualization. Hany El Naggar: Writing – review & editing, Supervision, Resources, Project administration, Methodology, Investigation, Funding acquisition, Conceptualization. Miao Zhang: Resources.
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