بررسی تأثیر طول دهانه بر رفتار پل تحت اثر همزمان مؤلفه‌های افقی و قائم

59,000تومان

توضیحات

دانلود و مشاهده قسمتی از متن کامل پایان نامه :

دانشکده فنی مهندسی
گروه عمران

پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی عمران گرایش سازه
بررسی تأثیر طول دهانه بر رفتار پل تحت اثر همزمان مؤلفه‌های افقی و قائم

توسط:
…..

استاد راهنما:
دکتر علیرضا فیوض

استاد مشاور:
دکتر سید شاکر هاشمی
دکتر امین کشاورز

اسفند ماه 1391

به نام خدا

بررسی تأثیر طول دهانه بر رفتار پل تحت اثر همزمان مؤلفه‌های افقی و قائم

توسط:

…..

پایان نامه
ارائه شده به تحصیلات تکمیلی دانشگاه به عنوان بخشی
از فعالیت های تحصیلی لازم برای اخذ درجه کارشناسی ارشد

در رشته ی:
مهندسی عمران گرایش سازه

از دانشگاه خلیج فارس
بوشهر
جمهوری اسلامی ایران

ارزیابی شده توسط هیئت داوران پایان نامه با درجه: خوب
دکتر علیرضا فیوض، استادیار گروه مهندسی عمران (استاد راهنما) ……….
دکتر امین کشاورز، استادیار گروه مهندسی عمران (استاد مشاور)………..
دکتر سید شاکر هاشمی، استادیار گروه مهندسی عمران (استاد مشاور)………
دکتر محمد واقفی، استادیار گروه مهندسی عمران (استاد داور) …..
دکتر بهمن نیرومند، استادیار گروه مهندسی عمران (استاد داور) ………
اسفند 1392

چکیده

بررسی تأثیر طول دهانه بر رفتار پل تحت اثر همزمان مؤلفه‌های افقی و قائم

در میان انواع سازه ها، پل ها به عنوان یکی از ارکان شریان های حیاتی می باشند که لازم است بعد از زلزله به منظور راه دسترسی به بیمارستان ها، ایستگاه های آتش نشانی و سایر خدمات مورد استفاده قرار گیرند؛ بنابراین می توان گفت پل ها بی تردید جایگاه ویژه ای در حفظ سطح مورد نیاز از ایمنی و قابلیت بهره برداری را دارا می باشند. با این وجود که بررسی زلزله های اخیر به وضوح نشان می دهد مؤلفه قائم زلزله ممکن است حتی از مؤلفه افقی آن بیشتر شود، در حال حاضر به منظور طراحی لرزه ای پل، در آیین نامه طرح و محاسبه پل های بتن‌آرمه ایران، در مورد تأثیر مؤلفه قائم زلزله و همچنین در مورد ترکیب هر سه مؤلفه لرزه ای (2 مؤلفه افقی متعامد و 1 مؤلفه قائم) نکته ای بیان نشده است.
در این تحقیق، مدل غیر خطی پل سه دهانه با تغییر طول عرشه های آن مورد تحلیل قرار گرفته است. مدل سازی درز انبساط که شامل مدل کردن برخورد عرشه ها به یکدیگر و مدل‌سازی بالشتک ها است، مدل‌سازی اندرکنش خاک و تأثیر آن بر جابجایی طولی پل بر طبق روابط «اف- اچ-دبیلیو-ای»، با فرض محیط نیمه فضای الاستیک به منظور محاسبه سختی انتقالی و پیچشی زیر کوله ها و ستون ها و در نظر گرفتن تأثیر انحراف عرشه پل، از مهم‌ترین پارامترهای مورد مطالعه در این تحقیق می باشند. پل ها تحت اثر 7 زلزله دور از گسل و 7 زلزله نزدیک به گسل، یک بار بدون در نظر گرفتن مؤلفه قائم و بار دیگر با در نظر گرفتن مؤلفه قائم مورد مطالعه قرار گرفته اند. نتایج نشان دهنده تغییرات شدید (بیش از 50%) در نیروهای محوری وارد بر ستون ها بود، این تغییرات باعث تغییرات شدید نیروهای موجود در سر ستون ها و لنگر موجود در وسط عرشه شدند. در نهایت ضرایبی به منظور در نظر گرفتن مؤلفه قائم زلزله ارائه شده است.
کلمات کلیدی : حرکات قائم لرزه ای زمین، پاسخ لرزه ای، ترکیب های بارگذاری، طول دهانه، اندرکنش سازه و خاک.

فهرست مطالب

عنوان صفحه
مقدمه 1
فصل 1- پژوهش‌های گذشته 3
1-1- مقدمه 3
1-2- مروری بر زلزله‌های گذشته 3
1-2-1- گزارش زلزله ‌لما‌پریتا 4
1-2-2- گزارش زلزله کوبه 6
1-2-3- گزارش زلزله چی چی تایلند 7
1-3- پیشینه تحقیق 9
1-4- تکان‌های قائم زمين 13
1-4-1- طبيعت تکان‌های قائم 13
1-4-2- فاصله زماني رسيدن شتاب‌های قائم و افقی 13
1-4-3- اثر مؤلفه قائم بر ستونها 16
1-4-4- اثر مؤلفه قائم زلزله بر عرشه 16
1-5- گزارش زلزله بم ایران 18
1-6- هدف از تحقیق 21
فصل 2- اندرکنش خاک و پل 22
2-1- مقدمه 22
2-2- اهمیت در نظر گرفتن مدلسازی اندرکنش خاک و سازه 22
2-3- میرایی خاک 24
2-4- ماتریس سختی خاک زیر تکیه‌گاه ستون‌ها و کوله‌ها 25
2-5- سختی دیواره کولهها 26
2-5-1- فنر معادل کوله پل در جهت طولی 27
2-5-2- سختی عرضی و قائم کوله 29
2-6- تنش تسلیم کششی و فشاری کوله در راستای طولی 30
فصل 3- معرفی اعضای پل 32
3-1- مقدمه 32
3-2- پایه‌های پل 32
3-2-1- مقاومت برشی پایه‌های پل 32
3-2-2- ظرفیت چرخشی ستون 33
3-3- درز انبساط پل 34
3-3-1- مدلسازی درز انبساط 35
3-4- بالشتک 38
3-4-1- مفاهیم اساسی کاربرد سیستم‌های مختلف لرزه جدایش لرزه جدایش 38
3-4-1-1- انعطاف‌پذیری 39
3-4-1-2- استهلاک انرژی 40
3-4-1-3- سختی در برابر نیروهای کم 41
3-4-2- انواع مختلف سیستم‌های لرزه جدایش 41
3-5- عرشه 43
3-5-1- مقطع معادل 43
3-5-2- مدل مقطع سه بعدی 45
3-5-3- پل‌های کج 46
فصل 4- مدلسازی سه بعدی پل 48
4-1- مقدمه 48
4-2- نرم‌افزار اُپن‌سیس و قابلیت‌های آن 48
4-3- مفاصل متمرکز با رفتار غیرخطی 49
4-4- المان‌های رشته‌ای 50
4-5- معرفی پل و سیستم سازهای 52
4-6- مدل‌سازی غیرخطی پل 54
4-6-1- پایه‌ها 54
4-6-1-1- مشخصات مصالح 54
4-6-2- تکیه‌گاه پایه‌ها 58
4-6-3- عرشه 59
4-6-3-1- مدل‌سازی سه بعدی عرشه تیر-دال 59
4-6-3-2- درز انبساط 60
4-6-3-3- بالشتک‌ها 61
4-6-4- کوله‌ها 63
4-7- بارگذاری 64
4-8- صحت‌سنجی مدل 64
4-8-1- مقایسه مودهای ارتعاش پل 64
4-8-2- تحلیل بار افزون 66
فصل 5- بررسی نتایج تحلیل 68
5-1- مقدمه 68
5-2- تأثیر تغییر شرایط مرزی بر مودها و پریود سازه پل 68
5-3- شتاب نگاشت‌های زلزله‌های دور و نزديك به گسل 71
5-4- مقیاس کردن شتاب نگاشت‌ها 73
5-5- بررسي نتايج حاصل از تحلیل‌های تاريخچه زماني غیرخطی 76
5-5-1- مدل اول 83
5-5-1-1- پاسخ مدل اول تحت زلزله‌های مقیاس نشده نزدیک به گسل 84
5-5-1-2- پاسخ مدل اول تحت زلزله‌های مقیاس نشده دور از گسل 89
5-5-1-3- مدل اول تحت زلزله‌های مقیاس شده نزدیک به گسل و دور از گسل 99
5-5-2- مدل دوم 104
5-5-2-1- پاسخ مدل دوم تحت زلزله‌های مقیاس نشده 104
5-5-2-2- مدل دوم تحت زلزله‌های مقیاس شده 112
5-5-3- مدل سوم 116
5-5-3-1- پاسخ مدل سوم تحت زلزله‌های مقیاس نشده 116
5-5-3-2- مدل سوم تحت زلزله مقیاس شده 123
5-5-4- مدل چهارم 128
5-6- ارائه ضرایب بزرگنمایی جهت منظور کردن تأثیر مؤلفه قائم زلزله 137
5-7- مقایسه روش‌های مقیاس در حوزه فرکانس و روش مرجع 138
فصل 6- نتیجه‌گیری و پیشنهاد‌ها 148
6-1- نتایج 148
6-2- پیشنهاد‌ها 150
منابع و مراجع 151

فهرست جدول ها

جدول ‏1 1 شتاب‌های مؤلفه قائم، طولی و عرضی زلزله بم، طبس و نورثریج 20
جدول ‏4 1 مشخصات مصالح مصرفی 54
جدول ‏4 2 پارامتر رفتار غیر خطی ستون 57
جدول ‏4 3 مشخصات مقطع و ممان اینرسی موثر 58
جدول ‏4 4 مقایسه زمان تناوب مودهای اول تا چهارم پل کلمنتس 66
جدول ‏5 1 زمان تناوب مودهای اول تا چهارم پل با تغییر رفتار بالشتک‌ها 69
جدول ‏5 2 درصد تغییرات زمان تناوب پل‌ها نسبت به مدل پل با بالشتک کامل 71
جدول ‏5 3 مشخصات ركوردهاي زلزله در فواصل نزديك گسل 72
جدول ‏5 4 مشخصات ركوردهاي زلزله در فواصل دور از گسل 72
جدول ‏5 5 فاکتور زلزله‌های نزدیک گسل 74
جدول ‏5 6 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه 42، 28 و 42 متری) 93
جدول ‏5 7 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه 42، 28 و 42 متری) 94
جدول ‏5 8 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه 42، 28 و 42 متری) 95
جدول ‏5 9 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه 42، 28 و 42 متری) 95
جدول ‏5 10 مقایسه نیروی محوری وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه 42، 28 و 42 متری) 96
جدول ‏5 11 مقایسه نیروی محوری وارد بر دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه 42، 28 و 42 متری) 97
جدول ‏5 12 مقایسه نیروی برشی وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه 42، 28 و 42 متری) 97
جدول ‏5 13 مقایسه نیروی برشی وارد بر دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه 42، 28 و 42 متری) 98
جدول ‏5 14 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه 42، 28 و 42 متری) 101
جدول ‏5 15 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه 42، 28 و 42 متری) 102
جدول ‏5 16 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه 42، 28 و 42 متری) 103
جدول ‏5 17 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه 42، 28 و 42 متری) 103
جدول ‏5 18 تغییرات زمان تناوب مودهای پل مدل دوم نسبت به مدل اول 104
جدول ‏5 19 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) 108
جدول ‏5 20 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) 108
جدول ‏5 21 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه 47، 33 و 47 متر) 109
جدول ‏5 22 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه 47، 33 و 47 متر) 110
جدول ‏5 23 مقایسه نیروی محوری وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه 47، 33 و 47 متر) 110
جدول ‏5 24 مقایسه نیروی محوری وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه 47، 33 و 47 متر) 111
جدول ‏5 25 مقایسه نیروی برشی وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه 47، 33 و 47 متری) 111
جدول ‏5 26 مقایسه نیروی برشی وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه 47، 33 و 47 متری) 112
جدول ‏5 27 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) 114
جدول ‏5 28 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) 114
جدول ‏5 29 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه 47، 33 و 47 متری) 115
جدول ‏5 30 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه 47، 33 و 47 متری) 115
جدول ‏5 31 تغییرات زمان تناوب مودهای پل مدل سوم نسبت به مدل اول 116
جدول ‏5 32 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 119
جدول ‏5 33 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه دور از گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 120
جدول ‏5 34 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 120
جدول ‏5 35 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 121
جدول ‏5 36 مقایسه نیروی محوری وارد بر عرشه تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 121
جدول ‏5 37 مقایسه نیروی محوری وارد بر عرشه تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 122
جدول ‏5 38 مقایسه نیروی برشی وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه 52، 38 و 52 متری) 122
جدول ‏5 39 مقایسه نیروی برشی وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه 52، 38 و 52 متری) 123
جدول ‏5 40 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 125
جدول ‏5 41 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 126
جدول ‏5 42 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه 52، 38 و 52 متری) 126
جدول ‏5 43 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه 52، 38 و 52 متری) 127
جدول ‏5 44 تغییرات زمان تناوب مودهای پل مدل چهارم نسبت به مدل اول 129
جدول ‏5 45 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه، تحت زلزله نزدیک به گسل، پل بدون انحراف در عرشه (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 133
جدول ‏5 46 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه، تحت زلزله دور از گسل، پل بدون انحراف در عرشه (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 133
جدول ‏5 47 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل، پل بدون انحراف در عرشه (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 134
جدول ‏5 48 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل، پل بدون انحراف در عرشه (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 134
جدول ‏5 49 مقایسه نیروی محوری وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه 42، 28 و 42 متر) 135
جدول ‏5 50 مقایسه نیروی محوری وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل، پل بدون انحراف در عرشه (دهانه 42، 28 و 42 متر) 135
جدول ‏5 51 مقایسه نیروی برشی وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل، پل بدون انحراف پل (دهانه 42، 28 و 42 متری) 136
جدول ‏5 52 مقایسه نیروی برشی وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل، پل بدون انحراف پل (دهانه 42، 28 و 42 متری) 136
جدول ‏5 53 ضریب بار در محاسبه نیروی محوری وارد بر ستون تحت زلزله حوزه نزدیک به گسل 137
جدول ‏5 54 ضریب بار در محاسبه نیروی محوری وارد بر ستون تحت زلزله حوزه دور از گسل 137
جدول ‏5 55 ضریب بار در محاسبه لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت زلزله حوزه نزدیک به گسل 138
جدول ‏5 56 ضریب بار در محاسبه لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت زلزله حوزه دور از گسل 138
جدول ‏5 57 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مرجع (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 141
جدول ‏5 58 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مقیاس در حوزه فرکانس (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 141
جدول ‏5 59 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مرجع (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) 142
جدول ‏5 60 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مقیاس در حوزه فرکانس (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) 142
جدول ‏5 61 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مرجع (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 143
جدول ‏5 62 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مقیاس در حوزه فرکانس (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 143
جدول ‏5 63 مقایسه لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش حوزه فرکانس (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 144
جدول ‏5 64 مقایسه لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مقیاس در مرجع (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 145
جدول ‏5 65 مقایسه لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مرجع (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) 145
جدول ‏5 66 مقایسه لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مقیاس در حوزه فرکانس (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) 146
جدول ‏5 67 مقایسه لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مرجع (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 146
جدول ‏5 68 مقایسه لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مقیاس در حوزه فرکانس (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 147

فهرست شکل ها

شکل ‏1 1 تخریب کامل قسمت‌هایی از پل نیمیتز 5
شکل ‏1 2 شکست برشی در ستون‌ها و تیرها 6
شکل ‏1 3 پل خلیج سن فرانسیسکو 6
شکل ‏1 4 پایه‌های بتن مسلح بزرگراه هانشین کوبه 7
شکل ‏1 5 شکست برشی در راستای طولی پل تانگتو 8
شکل ‏1 6 شکست برشی پایه‌های پل ووشی 8
شکل ‏1 7 شتاب نگاشت زلزله نورثریج، ركورد آرلتا 14
شکل ‏1 8 طیف شتاب نگاشت سه مؤلفه زلزله نورثریج رکورد آرلتا 14
شکل ‏1 9 طیف شتاب نگاشت سه مؤلفه زلزله چلفنت 15
شکل ‏1 10 ارتعاش دهانه مرکزی 17
شکل ‏1 11 ارتعاش دهانه انتهایی 17
شکل ‏1 12 تاریخچه زمانی هر سه مؤلفه زلزله بم 19
شکل ‏2 1 فنرهای معادل کوله و دیوار اصلی 27
شکل ‏2 2 فنرهای معادل خاک کوله و زیر پایه‌ها 28
شکل ‏2 3 فنر معادل سختی چرخشی و انتقالی در مرکز سختی 28
شکل ‏2 4 مشخصات کوله به منظور محاسبه فنرهای معادل سختی انتقالی عرضی و قائم 30
شکل ‏3 1 درز انبساط معمولی در پلها 35
شکل ‏3 2 المان فنری خطی 36
شکل ‏3 3 المان کلوین- ویگت 37
شکل ‏3 4 المان هرتز 37
شکل ‏3 5 طیف پاسخ شتاب 39
شکل ‏3 6 طیف پاسخ تغییر مکان 40
شکل ‏3 7 سیستم‌های لرزه جدایش (P-F,LRB,EDF,R-FBI) 42
شکل ‏3 8 سیستم‌های لرزه جدایش (NZ ,S-RF) 43
شکل ‏4 1 مدل سازی رشته‌ای و اختصاص رفتار تک محوری به هرکدام از رشتهها 50
شکل ‏4 2 اختصاص مقطع رشته‌ای به نقاط گوسی 51
شکل ‏4 3 رشته‌بندی مقطع با استفاده از دستور PATCH و LAYER 52
شکل ‏4 4 نمایش مشخصات پل کلمنتس 53
شکل ‏4 5 نمایی از سمت شرقی پل کلمنتس 54
شکل ‏4 6 منحنی تنش کرنش فولاد، بتن 55
شکل ‏4 7 منحنی رفتار تنش-کرنش CONCRETE 02 56
شکل ‏4 8 منحنی رفتار تنش-کرنش REINFORCING STEEL MATERIAL 56
شکل ‏4 9 – اندرکنش دال و عرشه 59
شکل ‏4 10 مدل تحلیلی دو بعدی و سه بعدی درز انبساط 60
شکل ‏4 11 پاسخ چرخه‌ای ماده ضربه‌ای 61
شکل ‏4 12 نمای سه بعدی از درز انبساط پل در کوله 62
شکل ‏4 13 مدل ساده شده اندرکنش کوله و عرشه 63
شکل ‏4 14 مودهای ارتعاشی پل کلمنتس (مودهای 1 تا 5، از بالا به پایین) 66
شکل ‏4 15 مقایسه نمودار نیرو-تغییر مکان پل با نمودار مرجع 67
شکل ‏5 1 مودهای اول تا چهارم پل بدون استفاده از جداگرها 70
شکل ‏5 2 مودهای اول تا چهارم پل با استفاده از جداگر در جهت طولی در سر ستون‌ها 70
شکل ‏5 3 مودهای اول تا چهارم پل با استفاده از جداگر در تمام جهات در سر ستون‌ها 70
شکل ‏5 4 مودهای اول تا چهارم پل با استفاده از جداگر در جهت طولی در کل پل 70
شکل ‏5 5 مقیاس کردن زلزله به روش مقیاس در حوزه فرکانس زلزله‌های دور از گسل (شتاب مبنا G18/0) 75
شکل ‏5 6 مقیاس کردن زلزله به روش مقیاس در حوزه فرکانس زلزله‌های نزدیک به گسل (شتاب مبنا 2/1* G18/0) 75
شکل ‏5 7 مقیاس کردن زلزله به روش مقیاس در حوزه فرکانس زلزله‌های دور از گسل مؤلفه قائم 76
شکل ‏5 8 مقیاس کردن زلزله به روش مقیاس در حوزه فرکانس زلزله‌های نزدیک به گسل مؤلفه قائم 76
شکل ‏5 9 پاسخ عرشه پل ناشی از رکورد نورثریج آرلتا 78
شکل ‏5 10 تغییر مکان انتهایی دهانه 42 متری در راستای طولی با و بدون در نظر گرفتن اثر مؤلفه قائم زلزله آرلتا 79
شکل ‏5 11 پاسخ عرشه پل ناشی از رکورد نورثریج کاستیک 80
شکل ‏5 12 پاسخ تاريخچه زماني با و بدون در نظر گرفتن اثر مؤلفه قائم زلزله آرلتا (نیروی محو وارد بر ستون و لنگر وارد بر عرشه) 81
شکل ‏5 13 نمودار هیسترتیک بتن و فولاد ستون‌ها با و بدون در نظر گرفتن اثر مؤلفه قائم زلزله آرلتا 82
شکل ‏5 14 نمودار هیسترتیک بتن و فولاد ستون‌ها با و بدون در نظر گرفتن اثر مؤلفه قائم زلزله کاستیک 82
شکل ‏5 15 شماره گذاری ستون‌ها و عرشه پل به منظور استفاده در نمودارها و جداول 83
شکل ‏5 16 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 84
شکل ‏5 17 نیروی محوری وارد بر پایه‌های پل تحت ترکیب مؤلفه‌های زلزله طبس (أ‌-ج) 86
شکل ‏5 18 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر عرشه، تحت زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 88
شکل ‏5 19 لنگر وارد بر وسط دهانه SPAN1 و SPAN3 تحت ترکیب مؤلفه‌های زلزله طبس 89
شکل ‏5 20 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها، تحت زلزله دور از گسل (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 89
شکل ‏5 21 نیروی محوری وارد بر پایه‌های پل تحت ترکیب مؤلفه‌های زلزله وایتر نروز (أ‌-ج) 91
شکل ‏5 22 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر عرشه زلزله دور از گسل (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 92
شکل ‏5 23 تأثیر پاسخ پایه پل، تحت تحریک مؤلفه‌های افقی زلزله بم، بر نیروی برشی وارد بر SPAN1 و SPAN2 99
شکل ‏5 24 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 99
شکل ‏5 25 تأثیر مؤلفه قائم بر لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت تحریک زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 100
شکل ‏5 26 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 100
شکل ‏5 27 تأثیر مؤلفه قائم بر لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 101
شکل ‏5 28 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) 105
شکل ‏5 29 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر عرشه تحت زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) 106
شکل ‏5 30 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله دور از گسل 106
شکل ‏5 31 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر عرشه زلزله دور از گسل (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) 107
شکل ‏5 32 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) 112
شکل ‏5 33 تأثیر مؤلفه قائم بر لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) 113
شکل ‏5 34 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) 113
شکل ‏5 35 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر عرشه تحت زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) 113
شکل ‏5 36 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 116
شکل ‏5 37 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر عرشه تحت زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 117
شکل ‏5 38 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله دور از گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 118
شکل ‏5 39 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر عرشه تحت زلزله دور از گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 119
شکل ‏5 40 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 123
شکل ‏5 41 تأثیر مؤلفه قائم بر لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 124
شکل ‏5 42 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 124
شکل ‏5 43 تأثیر مؤلفه قائم بر لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 125
شکل ‏5 44 مقایسه سختی قاب در جهت طولی و عرضی (C3-C4) با تغییر زاویه صفر و 33 درجه 129
شکل ‏5 45 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروی محوری وارد بر ستون تحت زلزله نزدیک به گسل، پل بدون انحراف در عرشه (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 130
شکل ‏5 46 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر عرشه، تحت زلزله نزدیک به گسل، پل بدون انحراف در عرشه (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 131
شکل ‏5 47 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون ها تحت زلزله دور از گسل، پل بدون انحراف در عرشه 131
شکل ‏5 48 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر عرشه، تحت زلزله دور از گسل، پل بدون انحراف در عرشه (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 132
شکل ‏5 49 مقیاس کردن مؤلفه‌های زلزله نزدیک به گسل، به زلزله فریولی به روش حوزه فرکانس 139
شکل ‏5 50 مقیاس کردن مؤلفه‌های زلزله نزدیک به گسل، به زلزله فریولی به روش مرجع 140

فهرست نشانه های اختصاری

ماتریس سختی زیر خاک K
ضریب شکل فونداسیون

ضریب عمق فونداسیون

شعاع معادل فونداسیون

مدول برشی G
ضریب پواسون

سختی تغییر مکان طولی دیواره کوله

سختی تغییر مکان چرخشی دیواره کوله

سختی تغییر مکان طولی کوله

عمق پایه

سختی طولی کوله

سختی قائم کوله

سختی طولی کوله

مدول الاستیسیته

وزن مخصوص خاك

ارتفاع دیوار

زاویه اصطکاك داخلی

زاویه اصطکاك بین خاك و کوله

ضریب شتاب افقی زلزله

ضریب شتاب قائم زلزله

زاویه شیب خاکریزي

زاویه شیب سطح پشت دیوار (زاویه دیوار در سطح تماس با خاك)

تنش تسلیم فشاری خاک

ضریب بزرگنمایی جهت منظور کردن تأثیر مؤلفه قائم زلزله CV
مقاومت برشی مقطع

مقاومت برشی بتن

مقاومت برشی فولاد

افزایش مقاومت برشی ناشی از نیروی محوری

مقاومت فشاری بتن

شکل پذیری پیچشی

اولین نقطه تسلیم آرماتورهای طولی

نقطه نهایی تسلیم آرماتورهای طولی

ظرفیت چرخشی ستون

طول مفصل پلاستیک

ضریب بازگردانندگی

ثابت میرایی

بار مرده DL
پوش نیروها در حالت بیشترین جابجایی عرشه به سمت پایین env +
پوش نیروها در حالت بیشترین جابجایی عرشه به سمت بالا env –
زلزله تحت مؤلفه افقی EQH
زلزله تحت مؤلفه عرضی EQT
زلزله تحت مؤلفه قائم EQV
بیشترین پاسخ‌ها Max
میانگین پاسخ ها Mean

مقدمه

در میان انواع سازه ها، پل ها نسبت به سایر سازه های معمولی دارای ساختار سیستم پیچیده تری می باشند. همچنین به عنوان یکی از ارکان شریان های حیاتی می باشند که لازم است بعد از زلزله به منظور راه دسترستی به بیمارستان ها، ایستگاه های آتش نشانی و سایر خدمات مورد استفاده قرار گیرند. بنا به علل ذکر شده، می توان گفت پل ها بی تردید جایگاه ویژه ای در حفظ سطح مورد نیاز از ایمنی و قابلیت بهره برداری را دارا می باشند.
اکثر آیین‌نامه‌های طراحی پل در بحث تحلیل لرزه‌ای پل‌ها، یا اثر مؤلفه قائم را در نظر نمی‌گیرند و یا روش مشخصی برای در نظر گرفتن مؤلفه قائم زلزله ارائه نمی‌دهند. با این حال بررسی زلزله‌های چند دهه اخیر نشان می‌دهد که اثر مؤلفه قائم زلزله می‌تواند در برخی موارد از عوامل اصلی تخریب پل‌ها باشد.
در مواردی که اثر مؤلفه قائم در طراحی وارد می‌شود تابع طیف به طور معمول 66/0 طیف پاسخ مؤلفه افقی منظور می‌شود. ‌با این حال مطالعات جدید نشان می‌دهند که این نسبت در پریودهای پایین و در نواحی نزدیک گسل، تخمینی در خلاف جهت اطمینان است.
در این تحقیق علاوه بر بررسی اثر همزمان دو مؤلفه افقی و قائم زلزله، اثر همزمان هر سه مؤلفه زلزله بر پاسخ پل ها، بررسی گردیده است. در فصل اول به بررسی پژوهش ها و مطالعات انجام شده بر تأثیر مؤلفه قائم زلزله بر طیف پاسخ زلزله و نیروهای وارد بر پل پرداخته شده است. با توجه به اهمیت در نظر گرفتن اندرکنش خاک در کوله ها و زیر ستون ها با سازه پل، در فصل دوم به بررسی نیروهای وارد بر خاک و نیز روابط موجود به منظور در نظر گرفتن اندرکنش خاک پرداخته شده است.
در فصل سوم به معرفی اعضای رو سازه و زیر سازه پرداخته شده است. انواع روش‌های مدل سازی ستون ها، مدل سازی عرشه، تأثیر انحراف عرشه پل ها بر عملکرد صلب عرشه، درزهای انبساط و بالشتک ها به عنوان انتقال دهنده های نیرو از عرشه به ستون ها، معرفی و مورد بررسی قرار گرفته است.
در فصل چهارم شاخص‌ترین ویژگی‌های نرم‌افزار اُپن‌سیس که دلیل انتخاب آن برای این تحقیق می‌باشد، ذکر می‌گردد. سپس، پل کلمنتس به منظور مدل سازی، معرفی شده است. در انتها با مقایسه مقادیر پاسخ‌های نیرویی و تغییر مکانی و نتایج موجود در مقاله، صحت مدل ساخته شده در نرم افزار اُپن‌سیس کنترل می‌گردد.
در فصل پنجم نتايج حاصل از تحليل پل‌های مدل‌سازی شده در فصل چهارم، ارائه شده است. در اين راستا به بررسي اثر مؤلفه قائم زلزله بر رفتار لرزه اي پل‌ها پرداخته شده است. در نهایت در فصل ششم خلاصه ای از نتایج و پیشنهادات حاصل از این تحقیق بیان شده است.

فصل 1- پژوهش‌های گذشته

1-1- مقدمه
پل‌های بتن مسلح در ایران همانند دیگر نقاط جهان مانند ژاپن و آمریکا به دلیل تراکم خودروها و نیاز به گسترش جاده‌ها کاربرد روز افزونی یافته است. لیکن، تخریب این‌گونه پل‌های عظیم شاهراه‌ها و داخل شهرها در اثر زلزله های مختلف در کشورهایی نظیر ایلات متحده، ژاپن و نیوزیلند بیانگر ضعف‌های موجود در آیین نامه های فعلی این کشورها می‌باشد. در این فصل به مرور زلزله های گذشته که دارای مؤلفه قائم با حداکثر شتاب بالا می‌باشد، تأثیر مؤلفه قائم بر عرشه و ستون پل‌ها و بیان هدف از این تحقیق پرداخته شده است.
1-2- مروری بر زلزله‌های گذشته

تجربه زلزله‌های گذشته، مانند زلزله تکاچی-اکی ژاپن (1968) و زلزله سن‌فرناندو کالیفرنیا (1971)، آسیب‌پذیری سازه‌های بتن مسلح در برابر تحریکات شدید زلزله را به اثبات رسانید، بنا به دلیل اقتصادی، تا حدود معینی اجازه خسارت دیدن به سازه‌ها داده می‌شود و شناخت این خسارت پذیری بر اساس تئوری خطی و قضاوت مهندسی پایهگذاری می‌گردد.
روشن است که برای حصول ایمنی لرزه‌ای و محدود کردن خسارات وارده به سازه‌های بتنی، مکانیزم شکست سیستم‌های سازه‌ای تحت اثر بارهای دینامیکی زلزله باید مشخص بوده و این عمل مستلزم شناخت ظرفیت نهایی اعضای بتن مسلح تحت اثر بارگذاری متناوب غیر ارتجاعی است.
در مورد طراحی لرزه‌ای پل‌ها، زلزله سن‌فرناندو، نقطه عطفی به شمار می‌آید. در طی این زلزله، 62 پل در منطقه مرکزی زلزله آسیب دیده و بیش از 15 میلیون دلار خسارت به بار آمد. عملکرد متفاوت این زلزله با زلزله‌های گذشته و خصوصیاتی که در طراحی لرزه‌ای پل‌ها در نظر گرفته نشده بود، عامل این خرابی‌ها گزارش شده است. طی زلزله‌های گذشته، بیشتر خرابی‌ها مربوط به خرابی زیر سازه و خاک اطراف آن می‌شد، درحالی‌که علت اصلی خسارت یا خرابی پل‌ها در زلزله سن فرناندو ارتعاش سازه‌ای بوده است. مهم‌ترین عامل خسارت در این زلزله عبارت بودند از [ ]:
1- فقدان شکل‌پذیری
2- کوتاه بودن عرض نشیمن در درزهای انبساط و محل تکیه گاه‌ها و نهایتاً خرابی عرشه
3- شکست برشی در ستون‌های پل و پایه‌ها‌، قبل از اینکه جاری شدن خمشی حادث شود
4- بیرون آمدن آرماتورها در ستون‌های قائم که در عرشه یا فونداسیون‌ها مهار شده بودند
5- شکست فونداسیون‌ها و خاکریزها و کوله‌ها و دیوارهای بالی شکل آن
بعد از زلزله سن فرناندو، برنامه‌ریزی وسیعی تدارک دیده شد، بسیاری از پل‌ها به شتاب نگار مجهز شدند مدل‌سازی تحلیلی و انواع مختلف تحلیل خطی و غیرخطی برای درک بهتر رفتار پل‌ها تدوین گردید و برنامه تقویت پل‌های موجود اجرا گردید که تا به این زمان نیز ادامه دارد، اما در طی زلزله‌های بعدی مانند کوبه و ‌لما‌پریتا دوباره پل‌های بسیاری فرو ریختند. ذیلاً شرح مختصری از سه زلزله فوق ارائه می‌گردد.

1-2-1- گزارش زلزله ‌لما‌پریتا

زلزله لما‌پریتا با بزرگی 1/7، عملکرد عالی پل‌های طرح شده بر طبق آیین نامه‌های اخیر (آشتو و اِیتیسی ) را نشان داد. این زلزله همچنین کارایی موثر وسایل مهارکننده را که به پل‌های فعلی در برنامه تقویت پل‌ها اضافه شدند، به اثبات رسانید. با این حال این زلزله بسیاری از اصول طراحی پل‌های قدیمی را زیر سؤال برد. سیزده پل شدیداً آسیب‌ دیده و بسته شدند و هفتاد و هشت پل خسارت زیادی تحمل کردند [ و ].
خسارات وارده به پل‌ها در طی این زلزله عبارتند از :
– تخریب کامل قسمت‌های از پل نیمیتز به دلیل ضعف سیستم سازه‌ای و جزئیات نامناسب (شکل ‏1 1).
– شکست برشی در ستون‌ها و تیرها (شکل ‏1 2)
– شکست برشی اتصالات تیر– ستون بتن مسلح
– ضربه زدن سازه‌های آزادراه‌های مجاور
– از دست دادن تکیه‌گاه یکی از دهانه‌های پل خلیج سن فرانسیسکو (شکل ‏1 3)
– خسارت به دستگاه‌های تکیه گاهی غلتکی

شکل ‏1 1 تخریب کامل قسمت‌هایی از پل نیمیتز [ ]

شکل ‏1 2 شکست برشی در ستون‌ها و تیرها [ ]

شکل ‏1 3 پل خلیج سن فرانسیسکو [ ]
1-2-2- گزارش زلزله کوبه

تا قبل از وقوع زلزله بزرگ هانشین ، پل‌های ژاپن در طی زلزله‌ها بسیار خوب عمل کردند. تعداد کل پل‌های تخریب شده بسیار اندک بودند. فقط 4 پل جاده‌ای در طی 40 سال ماقبل زلزله هانشین آسیب دیدند که 3 پل در زلزله نیگاتا (1964) به دلیل پدیده روان گرایی و دیگری در زلزله میاگیکن-‌اکی (1978)، منهدم گردید.
در زلزله بزرگ هانشین تعداد زیادی پل‌های آزاد راه‌ها و پل‌های راه‌آهن فرو ریختند که ارقام پل‌های تخریب شده از کل پل‌های تخریبی تاریخ ژاپن بیشتر میباشد. به طور مثال نسبت خسارت پایه‌های بتن مسلح در آزاد‌راه ارتباطی هانشین به کوبه حدود 50% بود (شکل ‏1 4). 512 پایه از کل 1012 پایه دچار خسارت کم تا شدیدی شدند. نسبت خسارت وارده به بالشتک ها حتی از این هم بیشتر بود (64%). مشاهده گردید که تحریکات زمین‌لرزه از نیروهای طراحی فراتر رفتند‌. از آنجایی که خسارات وارده بسیار سنگین و شدید و غیر قابل انتظار بود، در بسیاری از سازمان‌های مربوطه مطالعات گسترده ای برای بهبود آیین نامه‌های طراحی لرزه‌ای کنونی آغاز گشت [1].

شکل ‏1 4 پایه‌های بتن مسلح بزرگراه هانشین کوبه [ ]
1-2-3- گزارش زلزله چی چی تایلند

در زمین لرزه سپتامبر 1999 چی چی نیز پل‌های بتنی فراوانی صدمه دیده و یا به کلی ویران شدند. درباره این زمین لرزه و خسارات ناشی از آن هنوز گزارش جامعی که دربرگیرنده دلایل فنی و مهندسی تأیید شده برای بروز خرابی‌ها باشد، به انتشار نرسیده است.
اما با استفاده از یک گزارش مقدماتی این زلزله که به وسیله مرکز پژوهشی مهندسی زلزله (EERC) [ ] دانشگاه برکلی تهیه شده است، اطلاعات به شرح زیر در باره خرابی پل‌های مختلف بدست آمده است:
یک یا چند دهانه بتن‌آرمه روی رودخانه داجیا در شمال شرقی فنگ یوان ، با تیرهای اصلی از بتن پیش تنیده متکی بر تکیه گاه الاستومتری و پایه های تک ستونه در اثر زلزله به شدت تخریب شد. عبور گسل از زیر این پل باعث تخریب یکی از ستون‌های روی خط گسل شد، پل چهار دهانه تانگ تو نیز در اثر زلزله به کلی ویران شد، (شکل ‏1 5). پایه های مدور این پل، همگی در اثر شکست برشی در راستای طولی تخریب شدند.

شکل ‏1 5 شکست برشی در راستای طولی پل تانگ تو [ ]
دو پل مجاور و موازی (در راستای شمالی – جنوبی) روی رودخانه «وو » به نام ووشی مورد بازدید قرار گرفت که گسل به صورت مورب از آن‌ها عبور کرده بود. بدین دلیل، سازه شرقی به سمت غرب جابجا شد و در اثر ضربه ناشی از تصادم آن با سازه غربی و نیز تأثیرات مستقیم زمین لرزه شکست برشی در ستون‌ها اتفاق افتاد. در ستون‌های این پل مقدار آرماتورهای طولی بسیار اندک (کمتر از 10/0) و آرماتور عرضی نیز ناچیز بود که این وضعیت با ایجاد یک ترک بزرگ کاملاً سازگار و مورد انتظار است.

شکل ‏1 6 شکست برشی پایه های پل ووشی [9]
1-3- پیشینه تحقیق

اولین مطالعات تحلیلی در مورد اثر مؤلفه قائم زلزله روی پل‌ها توسط فوچ و صادق‌وزیری (1991-1988) انجام شد [ ]. این گروه در تحلیلهای خود از یک مدل المان محدود که قادر به مدل کردن رفتار غیر‌خطی ستون‌های بتنی تحت اثر ترکیب تغییر شکل‌های افقی و قائم بود استفاده کردند و با مدل‌سازی سه بعدی روی هشت پل نشان دادند که نیروی محوری متغیر در ستون‌ها موجب به وجود آمدن باریک شدگی منحنی هیسترزیس می‌شود. نتیجه این امر تغییر شکلهای بزرگ و کم و زیاد شدن ظرفیت برشی ستونها بود.
همچنین نتایج این مطالعات نشان می‌دهد که در حرکات زلزله با شتاب حداکثر موثر (ای پی‌ای ) g49/0 و کمتر، آسیب اضافی که به وسیله مؤلفه قائم ایجاد می‌شود به حداقل می‌رسد، درحالی که برای حرکات زلزله با ای پی‌ای برابر g7/0 وجود مؤلفه قائم موجب آسیب‌های قابل توجه بیشتری می‌شود. الناشای (1996) در بررسی تعداد زیادی از گسیختگی‌های مشاهده شده در پل‌ها طی زلزله‌های کوبه و نورث‌ریج نتیجه گرفت که خرابی اکثر ستون‌ها به علت افزایش نیروی محوری حاصل از مؤلفه قائم زلزله بود [ ].
نتیجه مطالعات نشان می‌داد که گسیختگی فشاری تولید شده که به صورت کمانش آرماتورهای طولی به سمت خارج، گسیختگی آرماتورهای عرضی و خرد شدن بتن در وسط ارتفاع پایه‌های پل روی داده بود عامل اصلی خرابی‌ها بود. مشاهدات نشان می‌داد که گسیختگی فشاری در نواحی از پایه شروع می‌شد که آرماتورهای طولی قطع شده باشند. نواحی که تمرکز تنش به علت کاهش سطح مقطع وجود دارد. برکخویزن و یو (1996) [ ] و یو ایت ال (1997) [ ] به طور جداگانه مطالعات پارامتری روی تأثیر شتاب قائم بر پل‌ها انجام دادند و اثر شتاب قائم زلزله را روی یک پل بررسی کردند.
تحقیقات این گروه بیشتر روی اثر شکل هندسی پل و تأثیر مؤلفه قائم زلزله روی آن متمرکز بود. نتایج تحقیق نشان داد که اثر مؤلفه افقی برای پل‌های با دهانه بزرگ و ارتفاع محدود ستون) معمولاً ستون کوتاه (می‌تواند مهم باشد که این مسئله در مورد تکیه گاه‌های کناری بحرانی‌تر می‌باشد. یو (1996) و یو ایت اِل (1997) نیروهای به وجود آمده در شمع‌های سه پل را با مدل‌سازی سه بعدی خطی مورد مطالعه قرار دادند. آن‌ها از طیف زلزله نورث‌ریج به عنوان طیف ورودی استفاده کردند.
نتایج مطالعات حاکی از افزایش 21% در نیروی محوری و تغییرات 7% در لنگر خمشی طولی به دلیل اثر مؤلفه قائم زلزله بود. یو همین اثر مؤلفه قائم حرکت زمین را روی پی پل‌ها و بالشتک‌های الاستیک بررسی کرد. نتایج حاکی از افزایش پاسخ ماکزیمم در شمعها با افزایش سرعت موج برشی در خاک بود.
سیلوا (1997) یک سری از شتاب نگاشت‌های ضبط شده را ارائه کرد که رفتار عمومی شتاب قائم را در مقایسه با شتاب افقی و در هر دو ناحیه نزدیک و دور از گسل نشان می‌دهد، سیلوا در مطالعات خود نسبت طیف قائم به افقی را بر حسب بزرگی زلزله و فاصله تا گسل مورد مطالعه قرار داد. به این منظور او پنج ناحیه مختلف را برای بررسی اثر نوع خاک در نظر گرفت. در تمام این نواحی اثر فاصله تا گسل و بزرگی زلزله روی چند شتاب نگاشت مورد مطالعه قرار گرفت [ ].
یان ژیائو و اسد اسماعیلی (1999) ، 6 ستون را با مقیاس 1 به 4 تحت بارگذاری مختلف آزمایش کردند. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد که افزایش در مقدار بار محوری فشاری موجب افزایش ظرفیت خمشی شده، ولی شکلپذیری را کاهش می‌دهد. همچنین این گروه نشان دادند که لنگر شکست حداکثر تحت بار محوری متغیر از مقدار قابل پیش‌بینی در روابط معمول کمتر می‌باشد [ ].
عبدالکریم و ماچیدا (2000) تأثیر مؤلفه قائم بر رفتار غیر الاستیک پایه های پل بتنی را مورد بررسی قرار دادند. رفتار غیر الاستیک به وسیله حالت گسیختگی و سطح شکل-پذیری پایه های پل شبیه سازی شد. در نهایت مشخص شد مؤلفه قائم در بعضی از پایه های مورد مطالعه باعث شده است، تغییراتی شامل گسیختگی برشی قطری نرم و شدید، در فرو ریزش گسیختگی برشی به وجود آورد [ ]. بنابراین برای کاهش گسیختگی ها پیشنهاد دادند، در طرح لرزه ای پایه های پل، اثر حرکت قائم زمین در نظر گرفته شود. ایشان پیشنهاد کردند اثر حرکت قائم زمین در دو مورد زیر وارد شود:
1- به دست آوردن نیروی فشاری محوری که باعث افزایش نسبت میل گردهای برشی می شود
2- به دست آوردن سطح شکل پذیری پایه های پل.
باتن و کرنین (2002) در تحقیق خود اثر مؤلفه قائم زلزله را روی 6 پل با سیستم‌های استاتیکی مختلف بررسی کردند. تحقیق این گروه شامل تحلیل‌های طیفی خطی و تحلیل‌های تاریخچه زمانی خطی و غیرخطی بود. بر اساس نتایج حاصل از تحلیل‌های خطی و غیرخطی، این گروه پیشنهادهایی بر اساس موقعیتی که اثر مؤلفه قائم زلزله باید در نظر گرفته شود و همچنین نحوه وارد کردن اثر مؤلفه قائم زلزله در ترکیب‌های بارگذاری ارائه کردند [ ].
صابری انصاری (1387) با توجه به ویژگی های خاص برخی از زلزله های نزدیک گسل، خصوصاً پالس سرعت این رکوردها که می تواند اثرات مخربی را بر سازه تحمیل نماید، مطالعه ای انجام داد [ ].
به صورتی که از یک سو اهمیت در نظر گیری مؤلفه قائم زلزله های میدان نزدیک را به دلیل ویژگی های خاص آن در ترکیب پیشنهادی آشتو خاطر نشان کند و از سوی دیگر با انجام تحلیل های دینامیکی غیرخطی بر روی پل های متعارف وجود ضریب 30 درصدی آشتو در زلزله های میدان نزدیک را مورد بررسی قرار دهد.
نتایج حاصله نشان داد که پاسخ حاصل از تحلیل های تاریخچه زمانی غیرخطی در برخی از پارامترهای مهم نظیر جابجایی در جهت قائم، نیروی محوری ستون، برش پایه در جهت قائم و لنگر پایه در جهات طولی و عرضی پل های دو و سه دهانه حدود دو تا سه برابر بزرگ‌تر از مقادیر مشابه در تحلیل خطی هستند. این مهم نشان می دهد نمی توان به نتایج حاصل از تحلیل خطی اطمینان نمود و درصد ترکیب های 30، 30 و 100 بایستی افزایش یابند تا نتایج به مقادیر حاصل از تحلیل واقعی نزدیک شود.
صالح فضه (1389) در تحقیقی اثر مؤلفه قائم زلزله را روي پل هاي راه آهن جعبه اي شكل مورد بررسي قرار داده است. بررسي هاي صورت گرفته نشان مي دهد كه ميزان تقاضاي نيروي محوري ستون، گشتاور موجود در وسط عرشه و گشتاور در محل اتصال عرشه به ستون به طور قابل ملاحظه اي به وسيله حركات قائم زمين تشديد مي شوند. در نهايت براي منظور كردن اثر مؤلفه قائم زلزله، ضريبي از بار مرده براي افزايش يا كاهش نيروي محوري، افزايش لنگر خمشي در عرشه در محل پايه ها و در وسط دهانه و نيز افزايش برش حد اكثر عرشه پيشنهاد شده است [ ].
فلاح نفری (1389) به منظور ارزیابی عملکرد لرزه ای پل های پیش تنیده از تحلیل استاتیکی غیر خطی مبتنی بر روش بار افزون استفاده کرد. با توجه به اینکه افزایش دقت و صحت محاسبات در گام نخست به انتخاب روش مدل‌سازی وابسته است، در این تحقیق روش مدل‌سازی غیر خطی شامل روش های غیرخطی توزیع شده و متمرکز جهت رسم منحنی ظرفیت پل های بتنی مورد بررسی قرار گرفته است [ ].
نتایج تقریباً مشابه به دست آمده از تحلیل بار افزون مدل ها با المان های غیرخطی متفاوت، نشان می دهد روش غیرخطی متمرکز به علت فرضیات ساده و زمان تحلیل کوتاه می تواند یک روش توانمند برای مدل‌سازی غیرخطی پایه های دیواری شکل بتنی محسوب شود. با توجه به این موضوع و بر اساس خروجی دو پل بتنی بررسی شده، رابطه ای جهت تخمین طول مفصل پلاستیک پایه های دیواری شکل بتنی پل ها در مدل های غیر خطی متمرکز پیشنهاد شده است.
شیخ و لگرن (2009) با توجه به اینکه در آیین نامه های آشتو در ایالات متحده آمریکا و اس 6-06 در کانادا، به طور واضح اثر مؤلفه قائم زمین لرزه در طراحی پل ها در نظر گرفته نشده است، روش ساده شده ای برای محاسبه واکنش الاستیک تکیه گاهی تحت اثر مؤلفه لرزه ای قائم زمین، پیشنهاد دادند. در ابتدا واکنش تکیه گاهی به روش دینامیکی محاسبه شد و با اعمال فرضیات لازم، روش ساده شده به دست آمد [ ].
هلوب و همکاران (2011) بررسی آزمایشگاهی تأثیر مؤلفه قائم زلزله بر پایه ها را انجام دادند. این آزمایش شامل یک پل با چهار دهانه است که می توان گفت با مقیاس نزدیک به مدل اصلی و با جزییات نزدیک به واقعیت مدل‌سازی شد. نتیجه های گرفته شده به این صورت بود که مؤلفه قائم زمین تأثیر قابل توجهی بر افزایش نیروی لرزه ای محوری دارد. نیروی محوری لرزه ای بالا باعث افزایش ترک ها و تخریب می شود، و نیز در نظر گرفتن مؤلفه قائم زمین تأثیر شدیدی بر مقدار کرنش پیچشی می گذارد [ ].

1-4- تکان‌های قائم زمين

در ادامه به بررسی مشخصه های تکان‌های قائم زمین، اثرات این مؤلفه‌ی زلزله بر ستون و عرشه پل پرداخته شده است و در انتها زلزله بم را به عنوان زلزله ای با حداکثر شتاب قائم خاص، بررسی می شود.

1-4-1- طبيعت تکان‌های قائم

مشخصات مؤلفه قائم زلزله با مؤلفه افقي آن متفاوت است. مؤلفه قائم زمین‌لرزه در اثر انتشار امواجP به وجود می‌آید در حالی که مؤلفه افقى آن در اثر انتشار امواج S به وجود می‌آید. بنابراین مؤلفه قائم زمین‌لرزه محتواى فركانسى بالاترى نسبت به مؤلفه افقي دارد. اين محتواى فركانسى بالاتر به بزرگنمایی بزرگ‌تر در پريودهاى كوتاه منجر می‌شود. اگر توجه شود كه فركانس طبيعي سازه‌ و خصوصاً پل‌ها در جهت قائم بيشتر از فركانس طبيعي آن‌ها در جهت افقي است، به اهميت اين موضوع بيشتر پي برده می‌شود زيرا احتمالاً وقوع پديده رزونانس زياد می‌شود [19].

1-4-2- فاصله زماني رسيدن شتاب‌های قائم و افقی

فاصله زماني رسيدن حداكثر مؤلفه قائم و افقی شتاب زلزله به سازه در پاسخ سازه پارامتر مهمي است. پارامتر ذكر شده بستگي به مقدار بزرگي و فاصله از منبع دارد. در پريودهاي پايين و در هر دو ناحيه سنگي و خاكي مؤلفه قائم زلزله قبل از مؤلفه افقي به سازه می‌رسد.

منابع و مراجع

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “بررسی تأثیر طول دهانه بر رفتار پل تحت اثر همزمان مؤلفه‌های افقی و قائم”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

8 + = 14