Nhật Bản khám phá công nghệ Maglev cho “Ngôi nhà nổi” chống động đất
Tất nhiên, trận động đất không giết chết người trực tiếp, mà chính những tòa nhà hoặc ngôi nhà nơi con người sinh sống đã giết chết con người trong trận động đất. Nếu chúng ta xem xét các số liệu thống kê hoặc hình ảnh về động đất, chúng ta sẽ thấy rằng hầu hết các trường hợp tử vong do động đất, dù lớn hay nhỏ, đều là do các tòa nhà hoặc một phần của tòa nhà đổ sập xuống người. Để ứng phó với thách thức quan trọng này, các nhà nghiên cứu Nhật Bản về kỹ thuật xây dựng hiện đại đang tiên phong trong một sáng kiến mới: phát triển “nhà nổi” sử dụng công nghệ đệm từ được thiết kế riêng để chống lại tác động gây hại của động đất.
Nghiên cứu & Phát triển đệm từ cho các tòa nhà
Khái niệm này lấy cảm hứng từ các nguyên lý của công nghệ đệm từ (Maglev) được sử dụng trong tàu cao tốc. Một nghiên cứu của Furuya, M. Fujishita và nhóm của họ, được công bố vào năm 2020 tại Hội nghị Kỹ thuật Ứng phó Động đất và trên trang web Airdanshin (một công ty xây dựng chống động đất hàng đầu của Nhật Bản), đã khám phá ra sự phát triển của các mô hình Bộ giảm chấn khối lượng điều chỉnh (TMD) cho công trình xây dựng dài hạn.
TMD là thiết bị kiểm soát rung động thụ động giúp giảm thiểu phản ứng động của các cấu trúc đối với các lực bên ngoài như động đất. Nghiên cứu tập trung vào kỹ thuật đệm từ tận dụng phương pháp giàn TMD. Phương pháp này sử dụng các tấm chắn gió và lực đẩy từ hoặc điện từ để giảm thiểu ma sát và tăng cường hiệu suất của hệ thống TMD trong việc giảm rung động do động đất gây ra cho các tòa nhà.
Những phát hiện của nghiên cứu chứng minh tính hiệu quả của mô hình TMD có ma sát thấp, có thể kiểm soát cao với các ứng dụng rộng rãi ngoài kỹ thuật chống động đất. Công nghệ này hứa hẹn sẽ giảm rung động trong các tòa nhà, cầu và các cấu trúc khác, do đó cải thiện độ ổn định tổng thể.
Những thách thức và cân nhắc
Mặc dù khái niệm Maglev có vẻ mang tính đột phá, nhưng vẫn còn nhiều thách thức đáng kể. Xây dựng các cấu trúc chống động đất bằng đệm từ sẽ cần một lượng năng lượng khổng lồ và một từ trường cực kỳ ổn định để chống lại trọng lực. Việc triển khai công nghệ như vậy trên quy mô lớn có thể sẽ phức tạp và tốn kém.
Các công nghệ chống động đất hiện có
Nhật Bản hiện đang là quốc gia đi đầu trong các kỹ thuật xây dựng chống động đất. Các phương pháp đã được thiết lập bao gồm ổ trục cách ly địa chấn và hệ thống móng túi khí. Cách ly địa chấn sử dụng ổ trục ở phần đế của một công trình để tách nó khỏi mặt đất rung chuyển trong trận động đất, giảm thiểu thiệt hại.
Hệ thống móng túi khí do Air Danshin phát triển có các cảm biến phát hiện rung chuyển và kích hoạt máy nén khí để bơm phồng túi khí bên dưới ngôi nhà, nâng ngôi nhà lên một chút trong trận động đất. Mặc dù phương pháp này có một số biện pháp bảo vệ, nhưng nó chủ yếu hiệu quả đối với các trận động đất rung chuyển ngang với chuyển động thẳng đứng hạn chế.
Những hạn chế và cân nhắc trong tương lai
Mặc dù khái niệm Maglev mang lại những khả năng thú vị, Deke Smith, Giám đốc điều hành của Hội đồng an toàn động đất và Liên minh BuildingSMART, cảnh báo không nên quá lạc quan. Trong một tuyên bố, Smith thừa nhận tiềm năng của công nghệ này trong việc giảm thiểu tác động của các trận động đất nhẹ. Tuy nhiên, ông bày tỏ lo ngại về khả năng ngăn chặn hoàn toàn thiệt hại trong các trận động đất mạnh. Smith đã nêu bật hai hạn chế chính:
Phạm vi thử nghiệm hiện tại hạn chế: Ông chỉ ra rằng các thử nghiệm địa chấn hiện tại của Air Danshin chủ yếu tập trung vào các rung động ngang (từ bên này sang bên kia). Các trận động đất trong thế giới thực thường liên quan đến sự kết hợp của chuyển động theo chiều dọc và chiều ngang. Do đó, hiệu quả của hệ thống chống lại các trận động đất mạnh với lực thẳng đứng đáng kể vẫn chưa rõ ràng.
Ngưỡng bảo vệ: Hệ thống móng túi khí, được thiết kế để nâng các tòa nhà lên ba cm, có thể không cung cấp đủ khả năng bảo vệ cho các trận động đất vượt quá độ dịch chuyển thẳng đứng này. Trong những trường hợp như vậy, tòa nhà có khả năng trượt khỏi móng.
Bất chấp những rào cản kỹ thuật, sáng kiến ”nhà nổi” sáng tạo này báo hiệu một bước tiến đáng kể trong nỗ lực nâng cao khả năng ứng phó với động đất của Nhật Bản. Như Smith kết luận, “Thử những ý tưởng mới có thể dẫn đến những đột phá. Đây có thể là tia lửa thắp sáng thêm sự đổi mới và cuối cùng góp phần tạo nên giải pháp toàn diện hơn cho động đất”.
Link bài liên quan:
