Bàn rung thử nghiệm động đất lớn nhất thế giới

Hệ thống mô phỏng được gọi là bàn rung vì gồm một tấm thép lớn kết nối với các bộ truyền động - tương tự piston - làm cho tấm thép dịch chuyển và mọi thứ bên trên chuyển động theo. Các bộ truyền động di chuyển tấm thép theo nhiều hướng, đông-tây, bắc-nam và lên-xuống, để mô phỏng chuyển động mặt đất thực tế trong một trận động đất. Tấm thép cũng có thể xoay theo mọi trục như máy bay khi bay, bao gồm nghiêng trái phải, lắc lư hai bên và trên dưới.

Bàn rung vận hành nhờ hệ thống thủy lực bơm 9.500 lít chất lỏng vào các bể chứa đầy nitơ. Sự tương tác giữa dầu và nitơ tạo áp suất cho dầu ở mức 5.000 PSI. Sau đó, dầu được giải phóng ở mức 3.000 PSI để chạy các bộ truyền động ngang và dọc, hay piston, khiến bàn rung dịch chuyển. Để tham khảo, lốp xe ôtô có áp suất khoảng 32 PSI.

Bàn rung tại Đại học California San Diego có thể gia tốc ít nhất 1 g - tương đương lực hấp dẫn mà con người trải nghiệm trên Trái Đất khi rơi. Những chuyển động này có thể gia tốc phần đỉnh của một tòa nhà 10 tầng lên 3 g. Để so sánh, hành khách trên tàu lượn siêu tốc trung bình trải nghiệm gia tốc cực đại 4 g.

Tháng này, bàn rung tại Đại học California San Diego sẽ kiểm tra khả năng chống động đất của một tòa nhà khung thép tạo hình nguội 10 tầng. Eurek Alert cho biết, đây là hệ thống duy nhất thuộc loại này đặt ngoài trời và đủ khả năng thử nghiệm tòa nhà cao như vậy.

Hiện tại, quy định xây dựng tại Mỹ chỉ cho phép các tòa nhà khung thép tạo hình nguội cao tối đa 20 m, hoặc khoảng 6 tầng. Nhóm nghiên cứu từ Đại học California San Diego và Đại học Johns Hopkins đang tìm hiểu xem những công trình cao hơn, lên đến 30 m hoặc 10 tầng, chống chọi thế nào khi động đất. Kết quả của thử nghiệm mới sẽ giúp xác định liệu giới hạn chiều cao đó có thể tăng lên một cách an toàn hay không.

Trong thử nghiệm, nhóm nghiên cứu sẽ khởi động bàn rung và tái tạo chuyển động được ghi lại trong các trận động đất trước đó, bao gồm trận Northridge 6,7 độ xảy ra tại Los Angeles năm 1994 và trận Loma Prieta 6,9 độ xảy ra tại Bắc California năm 1989.

"Chúng tôi có thể thử nghiệm ý tưởng mới và mở rộng ranh giới của những gì mình đang làm trong thiết kế và xây dựng kết cấu. Thép tạo hình nguội là một ví dụ tuyệt vời về vật liệu nhẹ, bền vững và chắc chắn, có triển vọng phù hợp cho những nơi có nguy cơ động đất lớn và xây các công trình cao", Tara Hutchinson, giáo sư Khoa Kỹ thuật Kết cấu của Đại học California San Diego, cho biết.

Tòa nhà 10 tầng đã xây xong và đang đặt trên bàn rung. Bộ khung của tòa nhà làm từ thép được tạo hình ở nhiệt độ phòng để tạo ra các bộ phận kết cấu lẻ. Sau đó, chúng được liên kết với nhau để làm tường và sàn. Tòa nhà cũng gồm những bộ phận "phi kết cấu" như cầu thang, thiết bị cơ khí trên nóc, hệ thống phun nước chữa cháy. Nhóm nghiên cứu sẽ theo dõi chuyển động và gia tốc trong những bộ phận này để đánh giá xem tòa nhà có thể duy trì hoạt động sau động đất hay không.

Theo TechXplore, các thử nghiệm với công trình kích thước thật của bàn rung đã mang đến những thay đổi quan trọng trong quy tắc thiết kế công trình thương mại và nhà ở, đồng thời cung cấp thông tin mới về hiệu suất địa chấn của nhiều hệ thống địa kỹ thuật như móng, đường hầm và tường chắn.

Kể cả với những tiến bộ này, các nhà khoa học vẫn cần thực hiện thêm nhiều thử nghiệm và nghiên cứu để giúp thế giới chuẩn bị tốt hơn cho động đất. Điều này sẽ giúp nhiều người được cứu sống, các cộng đồng phục hồi nhanh chóng sau động đất và cơ sở hạ tầng không cần sửa chữa quá tốn kém.

Thu Thảo (Theo Eurek Alert, TechXplore)