دانشگاه آزاد واحد شهرکرد
دانشکده فني و مهندسي
پايان نامه براي دريافت درجه كارشناسي ارشد
در رشته مهندسي عمران- زلزله
عنوان :
اصلاح پاسخ پل‌های جداسازی شده تحت زلزله‌های نزدیک گسل با استفاده از میراگرهای الحاقی
استاد راهنما :
دکتر غلامرضا قدرتی‌امیری
استاد مشاور :
دکتر رضا کرمی‌محمدی
نگارش :
محسن حبیب ‌اللهی
شهریور 1391
بسمه تعالی
« يرفع الله الذين امنوا منكم و الذين اوتوالعلم درجات»
قرآن كريم
« دانشگاه آزاد اسلامی – واحد شهرکرد »
تأئیدیه صلاحیت علمی پایان نامه کارشناسی ارشد
عقايد و نظرات مطرح شده در این رساله مستقيماً به نگارنده آن مربوط است و اين دانشگاه آماده پذيرش پيشنهادهای منتقدین محترم مي‌باشد.
دكتر ابراهيم رحيمي
معاون پژوهش و فناوري دانشگاه آزاد اسلامي
واحد شهركرد
پایان نامه تحصیلی آقاي محسن حبیب اللهی در جلسه مورخ 30/06/1391 متشكل از استادان زير با درجه عالی و نمره 83/19 مورد تأييد قرار گرفت.
1-دكترغلامرضا قدرتی امیریاستاد راهنما امضاء
2- دكتررضا کرمی محمدیاستاد مشاور امضاء
3- دکترمحمد علی رهگذراستاد داور امضاء
دکتر مرتضي رئيسي
مدير گروه كارشناسي ارشد عمران
دانشگاه آزاد اسلامي – واحد شهرکرد
تعهد نامه
عنوان پایاننامه: اصلاح پاسخ پل‌های جداسازی شده تحت زلزله‌های نزدیک گسل با استفاده از میراگرهای الحاقی
اینجانب محسن حبیب اللهی دانشجوی کارشناسی ارشد رشته عمران گرايش زلزله دانشکده فني و مهندسي دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرکرد تحت راهنمایی دكتر غلامرضا قدرتی امیری متعهد می‌شوم:
– نتایج ارائه شده در این پایاننامه حاصل مطالعات علمی و عملی اینجانب بوده، مسئولیت صحت و اصالت مطالب مندرج را به طور کامل بر عهده میگیرم.
– در خصوص استفاده از نتایج پژوهشهای محققان دیگر به مرجع مورد نظر استناد شده است.
– کلیه حقوق معنوی این اثر به دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرکرد تعلق دارد. مقالات مستخرج از پایاننامه، به نام دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرکرد(Islamic Azad University-Shahrekord Branch) به چاپ خواهد رسید.
– حقوق معنوی تمام افرادی که در دست آمدن نتایج اصلی پایاننامه تأثیر گذار بودهاند در مقالات مستخرج از آن رعایت خواهد شد.
– در خصوص استفاده از موجودات زنده یا بافتهای آنها برای انجام پایاننامه، کلیه ضوابط و اصول اخلاق مربوطه رعایت شده است.
30/06/1391
محسن حبیب اللهی
مالکیت نتایج و حق نشر
کلیه حقوق معنوی این اثر و محصولات آن(مقالات مستخرج، برنامههای رایانهای، نرم افزارها و تجهیزات ساخته شده) به دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرکرد تعلق دارد و بدون اخذ اجازه کتبی از دانشگاه قابل واگذاری به شخص ثالث نیست.
استفاده از اطلاعات و نتایج این گزارش نهایی بدون ذکر مرجع مجاز نیست.
معاونت پژوهش و فن آوري
به نام خدا
منشور اخلاق پژوهش
با ياري از خداوند سبحان و اعتقاد به اين كه عالم محضر خداست و همواره ناظر بر اعمال انسان و به منظور پاس داشت مقام بلند دانش و پژوهش و نظر به اهميت جايگاه دانشگاه در اعتلاي فرهنگ و تمدن بشري، ما دانشجويان و اعضاء هيات علمي واحدهاي دانشگاه آزاد اسلامي متعهد مي‌گرديم اصول زير را در انجام فعاليت هاي پژوهشي مد نظر قرار داده و از آن تخطي نكنيم:
1- اصل حقيقت جويي: تلاش در راستاي پي جويي حقيقت و وفاداري به آن و دوري از هرگونه پنهان سازي حقيقت.
2- اصل رعايت حقوق: التزام به رعايت كامل حقوق پژوهشگران و پژوهيدگان (انسان، حيوان و نبات) و ساير صاحبان حق
3- اصل مالكيت مادي و معنوي: تعهد به رعايت كامل حقوق مادي و معنوي دانشگاه و كليه همكاران پژوهش
4- اصل منافع ملي: تعهد به رعايت مصالح ملي و در نظر داشتن پيشبرد و توسعه كشور در كليه مراحل پژوهش
5- اصل رعايت انصاف و امانت: تعهد به اجتناب از هرگونه جانب داري غير علمي و حفاظت از اموال، تجهيزات و منابع در اختيار
6- اصل رازداري: تعهد به صيانت از اسرار و اطلاعات محرمانه افراد، سازمان‌ها و كشور و كليه افراد و نهادهاي مرتبط با تحقيق
7- اصل احترام: تعهد به رعايت حريم‌ها و حرمت‌ها در انجام تحقيقات و رعايت جانب نقد و خودداري از هرگونه حرمت شكني
8- اصل ترويج : تعهد به رواج دانش و اشاعه نتايج تحقيقات و انتقال آن به همكاران علمي و دانشجويان به غير از مواردي كه منع قانوني دارد.
9- اصل برائت: التزام به برائت جويي از هرگونه رفتار غيرحرفه‌اي و اعلام موضع نسبت به كساني كه حوزه علم و پژوهش را به شائبه‌هاي غيرعلمي مي‌آلايند.
با تشکر از اساتید گرامی
دكتر غلامرضا قدرتی امیری
دكتر رضا کرمی محمدی
دکتر محمد علی رهگذر
فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده 1
فصل اول « طرح مسئله »
1-1 مقدمه3
1-2 بیان مسئله4
1-3 اهداف تحقیق5
1-4 کاربرد جداگرهای لرزهای در کشورهای مختلف7
فصل دوم « عملکرد لرزهای پلها »
2-1 عملکرد پلها در زلزلههای اخیر و روشهای بهسازی آنها13
2-1-1 کلیات13
2-1-2 خسارتهای وارده به پلها در زلزلههای اخیر 14
2-1-3 علل عمده آسیبپذیری لرزهای و روشهای ترمیم و بهسازی پلها18
2-1-4 جداسازی لرزهای به عنوان یک روش مقاومسازی21
2-2 پاسخ پل‌های جداسازی شده تحت زمین لرزه‌های نزدیک گسل27
2-2-1 تحلیل پاسخ زلزله29
2-3 بررسی اثرات زلزلههای نزدیک گسل بر روی سازههای مهندسی33
2-3-1 اصول اساسی و مشخصات زمین لرزه‌های نزدیک گسل33
2-3-1-1 مشخصات زمین لرزه‌های نزدیک گسل34
2-3-1-2 تفاوت کاربرد جداسازی در پلها با ساختمانها51
2-4 جداسازی لرزهای پلها و انواع تکیهگاههای جداگر53
2-4-1 مفهوم و مکانیزم جداسازی لرزهای پلها53
2-4-2 مقایسه انواع جداگرهای لرزهای و تجهیزات میرایی الحاقی مناسب برای هرکدام 55
فصل سوم « مطالعات تحلیلی و آزمایشگاهی جداسازی لرزهای پلها »
3-1 مقدمه62
3-2 مطالعات تحلیلی و پارامتریک62
3-3 مطالعات آزمایشگاهی64
3-4 ضوابط آییننامهای در مورد پلهای جداسازی شده67
3-4-1 مقدمه67
3-4-2 ضوابط آییننامه آشتو AASHTO در طراحی جداسازی لرزهای پلهای بزرگراهی67
3-4-3 اثر بار زنده در طراحی لرزهای پلها73
فصل چهارم « ارزیابی اجرایی »
4-1 فرآیند تحلیل75
4-2 استفاده از میراگر الحاقی در پل‌ها75
4-3 تحلیل دینامیکی غیرخطی پلهای جداسازی شده88
4-3-1 مقدمه88
4-3-2 بررسی عددی کاربرد جداگرهای LRB و FPS 89
4-3-2-1 مدلسازی پلهای جداسازی شده 90
4-3-2-2 مدلسازی پل جداسازی نشده 91
4-3-3 تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی 92
4-3-3-1 مقدمه 92
4-3-3-2 طراحی جداگرهای لرزهای 93
4-3-3-2-1 فلسفه سیستم‌های جداساز لرزه‌ای 93
4-3-3-2-2 طراحی جداسازهای لاستیکی – سربی 93
4-3-3-2-3 تحلیل 97
4-3-3-2-4 طراحی 98
4-3-3-2-5 مدلسازی جداگرهای لرزهای102
4-3-3-3 مقیاس کردن شتابنگاشتها 103
4-3-3-4 مدلسازی سیستم پل جداسازی نشده106
4-3-3-5 مقایسه جداگرهای طراحی شده107
4-3-3-6 بررسی نتایج تحلیلهای دینامیکی 108
4-3-3-6-1 بررسی شتاب وارد بر عرشه 108
4-3-3-6-2 بررسی تغییرمکان افقی جداساز110
4-3-3-6-3 بررسی برش پایه 111
فصل پنجم « نتیجهگیری و ارائه پیشنهادات »
5-1 مقدمه 114
5-2 نتیجهگیری115
5-3 پیشنهادات117
منابع122
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2-1)42
جدول 2-2)43
جدول 2-3)43
جدول 2-4)47
جدول 2-5)47
جدول 2-6)47
جدول 2-7)48
جدول 2-8) انواع جداگرهای لرزه‌ای56
جدول 2-9) مزایا و معایب جداگرهای لرزه‌ای57
جدول 2-10) وسایل مکمل برای تامین میرایی جداگرها60
جدول 4-1)88
جدول 4-2)89
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل 2-1: شکل‌های خسارت به علت نشیمنگاه ناکافی (راست: زلزله 1999 تایوان، چپ: زلزله 1995 کوبه)16
شکل 2-2: شکل‌های افزایش جابه‌جایی‌های پل به علت روانگرایی (زلزله 1995 کوبه)16
شکل 2-3: راست: شکل زوال ستون به علت قلاب ناکافی (زلزله 1994 نرتریج) ، چپ: فروریختن دهانه به علت چرخش پایه‌ها و فرونشست کوله‌ها (زلزله 1999 تایوان)16
شکل 2-4: شکل‌های زوال ستون پل به علت مقاومت خمشی پایین (زلزله 1971 سان‌فراندو)17
شکل 2-5: شکل‌های زوال ستون‌های مختلف به علت ضعف طراحی (زلزله 1994 نرتریج)17
شکل 2-6: شکل شکست پایه پل به علت عدم شکل‌پذیری خمشی (زلزله 1999 تایوان)17
شکل 2-7: شکل شکست برشی ستون (زلزله 1999 تایوان)18
شکل 2-8: شکل‌های پل Bai-Ho در تایوان (بالا) و سیستم جداسازی آن (پایین)23
شکل 2-9: شکل‌های روگذر Bolu در ترکیه (راست) و زوال بالشتک آن (چپ)24
شکل 2-10: شکل‌های پل Kodiac-Near Island که در آن 15 عایق لرزه‌ای از نوع بالشتک پاندول اصطکاکی بکار رفته است (آلاسکا)24
شکل 2-11: شکل‌های پل Benicia-Martinez که در آن به ازای هر پایه دو عایق لرزه‌ای از نوع بالشتک پاندولی اصطکاکی بکار رفته است (کالیفرنیا)25
شکل 2-12: شکل‌های پل American River که در آن 48 عایق لرزه‌ای از نوع بالشتک پاندول اصطکاکی به‌کار رفته است (کالیفرنیا)25
شکل 2-13: شکل‌های پل I-40 و عایق لرزه‌ای به‌کار رفته در آن که از نوع بالشتک پاندول اصطکاکی می‌باشد (روی رود Mississipi)25
شکل 2-14: (a) ترک‌ها و خرد شدگی گوشه‌های بلوک‌ها در بالای پایه‌ها، (b) شکستگی دیوارهای باله‌ای در قسمت غربی28
شکل 2-15: طیف (با 5% میرایی) برای دو مولفه افقی از ایستگاه‌های (a) هوارگردی و (b) سلفوس. که برای مقایسه طیف پاسخ آیین‌نامه اروپا 8، در قسمت I و نوع خاک A، نمایش داده شده‌اند29
شکل 2-16: حداکثر تغییرمکان متقاطع روسازه در زمانی‌که توسط هر دوی بهترین و بدترین مولفه‌های سلفوس و هوارگردی تحریک شود. و هنگامی‌که توسط تاریخچه زمانی شبیه‌سازی شده EC8 تحریک شود: (a) مدل با میلگردهای کششی، (b) مدل بدون میلگردهای کششی30
شکل 2-17: حداکثر نیروی برشی در نگه‌دارنده‌ها هنگامی‌که توسط بدترین مولفه سلفوس و هوارگردی و تاریخچه زمانی EC8 تحریک شود. ظرفیت‌های مقاومت دیوارهای کناری (تکیه‌گاه‌های 1 و 9) برابر 1700 کیلونیوتن و ظرفیت مقاومت تکیه‌گاه‌های متقاطع (تکیه‌گاه‌های 2 تا 8) برابر 3200 کیلونیوتن می‌باشد.31
شکل 2-18: حداکثر لنگر حول محور قائم در عرشه پل برای حالات مختلف، هنگامی‌که توسط بدترین مولفه از (a) تاریخچه زمانی هوارگردی، و (b) تاریخچه زمانی سلفوس، تحریک شود.32
شکل 2-19: حداکثر لنگر خمشی حول محور قائم. بار مبتنی بر بدترین مولفه بین تاریخچه‌های زمانی (a) هوارگردی، (b) سلفوس، می‌باشد.33
شکل 2-20: مقایسه پاسخ زلزله بم در حوزه نزدیک و دور برای پریودهای مختلف35
شکل 2-21: مقایسه پاسخ زلزله امپریال والی در حوزه نزدیک و دور برای پریودهای مختلف35
شکل 2-22: مقایسه نتایج حوزه نزدیک و دور گسل برای پریودهای مختلف36
شکل 2-23: الف) میانگین و میانگین به علاوه انحراف استاندارد تغییرمکان نسبی طبقات در روش تحلیل دینامیکی غیرخطی. ب) مقایسه میانگین و میانگین به علاوه انحراف استاندارد در روش دینامیکی غیرخطی با تغییرمکان نسبی طبقات بر مبنای روش استاتیکی 2800، استاتیکی و دینامیکی خطی دستورالعمل بهسازی.40
شکل 2-24: (a) چرخه هیستریتیک نیرو- تغییرمکان جانبی، و (b) سطح تسلیم در جهات جانبی جداساز لاستیکی- سربی42
شکل 2-25: تاریخچه‌های زمانی شتاب و سرعت برای (a) زمین‌لرزه نزدیک گسل ثبت شده در ایستگاه TCU052 در زلزله Chi-Chi، و (b) زمین لرزه دور از گسل TCU052 ثبت شده در همان ایستگاه از یک رخداد دیگر.44
شکل 2-26: مقایسه طیف شتاب نرمال شده (PGA زمین لرزه در 1g مقیاس شده است) برای زمین لرزه نزدیک گسل (خط پررنگ) و همان طیف برای زمین لرزه دور از گسل (خط تیره)44
شکل 2-27: پاسخ‌های برش پایه در جهت طولی (a) پل A جداسازی نشده، (b) پل A جداسازی شده تحت زلزله نزدیک گسل و دور از گسل که در ایستگاه TCU 102 با PGA برابر 0.34g ثبت شده است.45
شکل 2-28: پا پاسخ‌های برش پایه در جهت طولی (a) پل B جداسازی نشده، (b) پل B جداسازی شده تحت زلزله نزدیک گسل و دور از گسل که در ایستگاه TCU 102 با PGA برابر 0.34g ثبت شده است.45
شکل 2-29: پاسخ‌های برش پایه در جهت طولی در شاه‌تیر (a) پل A جداسازی نشده، (b) پل A جداسازی شده تحت زلزله نزدیک گسل و دور از گسل که در ایستگاه TCU 102 با PGA برابر 0.34g ثبت شده است. 46
شکل 2-30: پاسخ‌های تغییرمکان نسبی جانبی جداساز لاستیکی سربی برای (a) پل A جداسازی شده (پرود کوتاه)، و (b) پل B جداسازی شده (پریود متوسط)، توسط زمین لرزه دور از گسل با PGA برابر با 0.34g.46
شکل 2-31: پاسخ‌های تغییرمکان نسبی جانبی جداساز لاستیکی سربی برای (a) پل A جداسازی شده (پرود کوتاه)، و (b) پل B جداسازی شده (پریود متوسط)، توسط زمین لرزه نزدیک گسل با PGA برابر با 0.34g.47
شکل 2-32: رابطه بین برش پایه حداکثر و (a) PGV/PGA، (b) انرژی زمین لرزه E‌‌i، و (c) سرعت طیفی Sv در پریود 0:78 ثانیه برای پل A جداسازی شده (تناوب کوتاه) با زمین‌لرزه‌های ورودی نزدیک گسل که در حین زلزله Chi-Chi49
شکل 2-33: رابطه بین برش پایه حداکثر و (a) PGV/PGA، (b) انرژی زمین لرزه E‌‌i، و (c) سرعت طیفی Sv در پریود 1:12 ثانیه برای پل B جداسازی شده (تناوب متوسط) با زمین‌لرزه‌های ورودی نزدیک گسل که در حین زلزله Chi-Chi49
شکل 2-34: رابطه بین تغییرمکان طولی حداکثر و (a) PGV/PGA، (b) انرژی زمین لرزه E‌‌i، و (c) سرعت طیفی Sv در پریود 0:78 ثانیه برای پل A جداسازی شده (تناوب کوتاه) با زمین‌لرزه‌های ورودی نزدیک گسل50
شکل 2-35: رابطه بین تغییرمکان طولی حداکثر شاه‌تیر و (a) PGV/PGA، (b) انرژی زمین لرزه E‌‌i، و (c) سرعت طیفی Sv در پریود 1:12 ثانیه برای پل B جداسازی شده (تناوب متوسط) با زمین‌لرزه‌های ورودی نزدیک گسل50
شکل 2-36: رابطه بین نسبت تنزل برش پایه و مقدار PGV/PGA برای (a) پل A (تناوب کوتاه)، و (b) پلB (تناوب متوسط) توسط زمین لرزه‌های دور از گسل که در حین زلزله Chi-Chi تایوان ثبت شده‌اند.51
شکل 2-37: نمونه‌ای از یک پل جداسازی شده لرزه‌ای52
شکل 2-38: جزئیات محل اتصال عرشه پل به کوله آن53
شکل 3-1: شکل شماتیک مدل پل با مقیاس 1/464
شکل 3-2: شکل جزئیات قطعه جداگر مورد بررسی65
شکل 3-3: شکل مقایسه پاسخ زیرسازه بین پل جداسازی شده (پایین) و پل معمولی (بالا)66
شکل 3-4: سختی تانژانتی سیستم جداسازی71
شکل 3-5: شکل رابطه نیرو- تغییرمکان سیستم‌های با نیروی مقاوم ثابت71
شکل 4-1: میراگر سیال نصب شده در پل Seo-Hae76
شکل 4-2: نمای پل Seo-Hae76
شکل 4-3: موقعیت نصب میراگرهای سیال لزج76
شکل 4-4: پل Ok- Yeo77
شکل 4-5: نمای پل و محل نصب میراگر77
شکل 4-6: میراگر نصب شده در پل Ok-Yeo77
شکل 4-7: میراگرهای مورد استفاده در پل Ok –Yeo78
شکل 4-8: پل Chun-Su78
شکل 4-9: میراگر نصب شده در پل Chun-Su78
شکل 4-10: پل E-Po79
شکل 4-11: میراگر نصب شده در تکیه‌گاه پل E-Po79
شکل 4-12: میراگرهای طولی و عرضی در محل درز انبساط79
شکل 4-13: پل Kang-Dong80
شکل 4-14: میراگر نصب شده در پل Kang- Dong80
شکل 4-15: میراگر عرضی نصب شده در پل Dong-Yun80
شکل 4-16: جابه‌جایی پل در حالت‌های مختلف میرایی برای تکیه‌گاه‌های مختلف تحت زلزله Imperial Valley82
شکل 4-17: جابه‌جایی پل در حالت‌های مختلف میرایی برای تکیه‌گاه‌های مختلف تحت زلزله Northridge82
شکل 4-18: شتاب وارده به پل در حالت‌های مختلف میرایی برای تکیه‌گاه‌های مختلف تحت زلزله Imperial Valley83
شکل 4-19: شتاب وارده به پل در حالت‌های مختلف میرایی برای تکیه‌گاه‌های مختلف تحت زلزله Northridge84
شکل 4-20: جابه‌جایی تحمیلی به پل تحت زلزله Imperial Valley برای حالت‌های مختلف میرایی84
شکل 4-21: جابه‌جایی تحمیلی به پل تحت زلزله Northridge برای حالت‌های مختلف میرایی84
شکل 4-22: شتاب تحمیلی به پل تحت زلزله Imperial Valley برای حالت‌های مختلف میرایی85
شکل 4-23: شتاب تحمیلی به پل تحت زلزله Northridge برای حالت‌های مختلف میرایی85
شکل 4-24: پیکربندی رایج جداساز و تجهیزات میرایی الاستیک الحاقی (SED : میراگر الاستیک الحاقی)87

چکیده
پل‌های جداسازی شده با استفاده از جداگرهای لرزه‌ای، نسبت به زلزله‌های دور از گسل پاسخ بسیار مناسبی دارند. بدین معنی که با جدا نمودن این پل‌ها میزان شتاب وارده بر عرشه، برش پایه و همچنین جابه‌جایی نسبی عرشه نسبت به پل جدا نشده کاهش می‌یابد. این موضوع در پاسخ این پل‌ها نسبت به زلزله‌های نزدیک گسل دیده نمی‌شود. با بررسی رکورد زمینلرزههای نزدیک گسل مشاهده شد که این زمین لرزهها نسبت به زمین لرزههای دور از گسل تغییرمکانهای شدیدی را تولید میکنند که میتواند سیستم جداسازی را به شرایط بحرانی ببرد، لذا برای جلوگیری از این رخداد لازم است از سیستم مضاعفی (مانند میراگرهای الحاقی) جهت اصلاح پاسخ پلهایی که تحت این زمین لرزهها قرار میگیرند استفاده نمود.
در این تحقیق سعی خواهد شد تا این معایب با استفاده از میراگرهای الحاقی برطرف گردند و به یک پاسخ مناسب برای این پل‌ها دست یافته شود.
کلید واژه: پل، جداسازی لرزه‌ای، میراگر الحاقی، تحلیل تاریخچه زمانی، زلزله نزدیک گسل

فصل اول
« طرح مسئله »

1-1 مقدمه
تقریباً در تمامی زلزلههای بزرگ، تخریب پلها در اثر فروریزش و تخریب پایهها مشاهده شده است. آسیب دیدگی پلها در زلزلههای سال 1994 نرتریج و سال 1995 کوبه به همگان ثابت کرد که معیار مقاومت به تنهایی هرگز برای تضمین ایمنی پلها و عملکرد مناسب آنها در حین زلزله کفایت نمیکند. تا بهحال تحقیقات بسیاری با هدف یافتن روشهای منطقی برای محافظت پل در زلزلههای شدید انجام شده است که در این میان جداسازی لرزهای راه حلی مناسب برای کاهش نیروهای ناشی از زلزله تا حد ظرفیت الاستیک اعضای سازه میباشد. بدین ترتیب اعضای سازه پل از ورود به ناحیه غیرخطی مصون مانده که این به معنای سالم ماندن سازه پل در حین زلزله میباشد.
ایده اصلی در جداسازی لرزهای، کاهش فرکانس پایه ارتعاش سازه و رساندن آن به مقداری کمتر از فرکانسهای حاوی انرژی غالب زلزله میباشد. به بیانی دیگر، جداسازی لرزهای موجب افزایش پریود ارتعاشی سازه میشود و آن را از پریودهای حاوی انرژی غالب زلزله دور میکند. بدین ترتیب انرژی ورودی به سازه ناشی از زلزله با جداسازی لرزهای کاهش مییابد. دیگر مزیت جداسازی لرزهای فراهم نمودن وسیلهای جهت اتلاف انرژی میباشد که انرژی وارد شده به سازه در نقاط معدود و بهصورت کنترل شده تلف شود. بدین ترتیب تخریب و آسیب دیدگی در نقاطی خاص متمرکز شده و امکان تعویض این قطعه پس از زلزه وجود خواهد داشت.
در حال حاضر پلهای بزرگراهی ایران دارای سه نوع عمده تکیهگاه فلزی، بتنی و الاستومری میباشند که از میان تکیهگاههای الاستومری به دلایل فنی و اقتصادی ذکر شده در ذیل بخش عمدهای از تکیهگاههای پلها را تشکیل میدهند:
1. دارای وزنی سبک بوده و به راحتی نصب میشوند علاوه بر این، فضای کمی را اشغال میکنند.
2. نیاز به تعمیرات ندارند.
3. دچار زنگ زدگی نمیشوند و دارای قطعات متحرک نیستند.
4. با سطوح نامنظم تماس خوبی برقرار میکنند.
5. در هر دو جهت امکان تغییرشکل و حرکت دارند.
6. میرایی ارتعاشی خوبی دارند.
7. صرفهجویی اولیه و دراز مدت در هزینه و زمان دارند.
8. در برابر هوازدگی مقاومت خوبی دارند.
9. در برابر مواد نفتی و شیمیایی از مقاومت خوبی برخوردارند.

1-2 بیان مسئله
اما آیا این جداگرهای الاستومری میتوانند نقش یک جداگر لرزهای را درحین زلزله برای افزایش پریود سازه پل و اتلاف انرژی زلزله در داخل خود بازی کنند؟
جواب این سوال نیاز به تحقیقات بیشتر و انجام تستهای آزمایشگاهی و مدلسازیهای تحلیلی اجزاء محدودی دارد که همراه با درک و شناخت کافی از رفتار الاستومرها و مدلسازی آنها میباشد که متاسفانه تا بهحال در کشور انجام نگرفته است. در واقع بررسی کفایت تکیهگاههای الاستومری جهت جداسازی لرزهای و مطالعه رفتار و عملکرد لرزهای آنها در حین وقوع زلزله امری واجب بوده که بایستی به آن اهتمام ورزید.
متاسفانه در آزمایشهای انجام شده بر روی تکیهگاه پلها، تنها هدف بهدست آوردن مدول برشی الاستیک (اولیه) نشیمن در دو جهت طولی و عرضی و سفتی فشاری آنها بوده است. لذا این آزمایشها به هیچ عنوان اطلاعاتی در مورد رفتار غیرخطی این نشیمنها در اختیار قرار نمیدهند. این در حالیست که حتی استاندارد ملی ایران شماره 6583 با عنوان ((لاستیک- بالشتکهای زیرسری پل- ویژگیها و روشهای آزمون)) با ذکر روشی مطابق با استاندارد ISO 6446 و DIN 4114-140 نحوه بهدست آوردن منحنی تغییرات تنش برشی بر حسب کرنش برشی برای نشیمنها را بیان میکند.
در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی خواص جداگرهای الاستومتری که امکان ساخت و تولید انبوه آنها در کشور وجود دارد پرداخته و همچنین مبانی طراحی این جداگرها را بر طبق آیین نامه آشتو که متداولترین آیین نامه در زمینه طراحی پلها میباشد، ارائه داده و با اعمال این جداگرها به چندین پل موجود، تاثیر پارامترهای مختلف این جداگرها مانند میزان سختی اولیه، سختی ثانویه و نیروی تسلیم آنها در بهبود رفتار لرزهای پلها بررسی عددی خواهند شد. علاوه بر آن به بررسی تاثیر زمین لرزه‌های نزدیک گسل و دور از گسل بر پل‌های جداسازی شده خواهیم پرداخت و در نهایت با استفاده از میراگرهای الحاقی سعی در بهبود پاسخ پل‌های جداسازی شده خواهیم داشت.

1-3 اهداف تحقیق
جداگرها با تغییر طبیعت ارتعاشی پلها، سطح نیروهای جانبی ناشی از زلزله را پایین آورده و با انحراف و جذب عمده انرژی ورودی زلزله، از اجزای زیرسازه پل محافظت مینمایند که به این توانایی مهم جداگرها در کسب ضریب مناسب برای حفاظت پایه، جز با طراحی دقیق آنها نمیتوان دست یافت.
هرچه پل دارای سختی جانبی بیشتری باشد، مانند پلهای با دهانه کوتاه تا متوسط که روی پایههای کوتاه قرار داشته باشند، تاثیر جداسازی لرزهای مشهودتر است. سختی اولیه جداگرها نقشی تعیین کننده در بازدهی سیستم ایفا میکند. نیروی تسلیم جداگر نیز با کنترل میرایی هیسترتیک، در رتبه دوم اهمیت قرار دارد. همچنین هرچه سختی اولیه جداگر کمتر باشد، معمولاً نیروها و جابهجاییهای نسبی پل کاهش بیشتری پیدا میکند، اما جابهجایی مطلق عرشه پل بیشتر میگردد که میتوان با اعمال قطعاتی که نیروی تسلیم و میرایی جداگر را افزایش دهند، میزان جابهجایی کل را نیز کاهش داد. بنابراین با توجه به طراحیها و تحلیلهای انجام شده، از جداگرهای لرزهای الاستومتری در مقاومسازی پلهای موجود یا طراحی پلهای جدید در کشور میتوان به نحو مناسبی بهره برد.
به منظور بررسی تاثیر جداسازهای لرزهای، پاسخ لرزهای پلهای جداسازی شده در هر دو حالت تحریک یک جهته و دو جهته با پاسخ لرزهای پلهای جداسازی نشده نیز مقایسه گردیده است. نتایج نشان میدهد که اندرکنش دوجهته نیروهای نشیمن تاثیر قابل ملاحظهای در پاسخ لرزهای پلهای جداسازی شده دارد و در صورتی که از این اثرات صرفنظر شود تغییرمکان حداکثر نشیمن به مقدار کمتری برآورد میشود. از آنجا که در واقعیت در هنگام وقوع زلزله، سازهها با تحریک دو جهته زلزله روبرو هستند، توصیه میشود که این امر در طراحی سیستم جداسازی پلها مدنظر قرار گیرد.
در سالیان گذشته به علت تراکم کم شبکههای لرزهنگاری در سراسر جهان، امکان ثبت زلزلههای نزدیک گسل کم بوده است. با گسترش شبکههای لرزهنگاری و پیشرفت دستگاههای لرزهنگاری، امروزه نگاشتهای متعددی از زلزلهها در موقعیتهای مختلف وجود دارد. پروفسور جوزف پنزن (2000) دلایل پیشرفتها در مهندسی زلزله و سازه را در 50 سال گذشته، پیشرفت کامپیوترها، توسعه روشهای تحلیل غیرخطی سازهها، درک و بهکارگیری تغییرشکلهای مجاز غیر ارتجاعی در سازهها، تغییر در جزئیات نیاز شکلپذیری، مقاومت و … میداند. با اینکه اثرات نزدیک گسل در گذشته شناخته شده بود، اما اهمیت آن در طراحی سازههای مهندسی عمران به خوبی درک نشده بود، تا اینکه زلزلههای مخربی همچون زلزله 1992 لندرز، زلزله 1994 نورتریج، زلزله 1995 کوبه ژاپن، و زلزله 1999 چی چی تایوان به وقوع پیوست. اینگونه زلزلهها که در نزدیکی یک گسل فعال رخ میدهند دارای نگاشتهای پالسی با پریود پالس بلند بوده و دارای یک یا چند سرعت حداکثر میباشند. این پالس توسط لغزش گسل ایجاد میشود و باعث میشود تا قسمت بزرگی از انرژی زلزله در یک یا دو پالس بهطور ناگهانی به سازه اعمال گردد. در زلزلههای نزدیک گسل که دارای پالس سرعت حداکثر بیشتری میباشند یا مدت زمان پالس آنها بزرگتر است، سازههایی که به منبع لرزهزا نزدیکتر هستند باید شکل پذیری بیشتری داشته باشند تا بتوانند از پاسخ سازه بکاهند.
به دلیل اینکه اثرات نزدیک گسل در محدوده پریودهای بالا (فرکانس پایین) بیشتر است، افزایش نرمی و پریود اصلی سازه موجب افزایش اثرات نزدیک گسل میشود بهطوریکه سازههای با فرکانس بالا (پریود کم) که در محدوده خطی قرار دارند، تحت زلزلههای نزدیک گسل که دارای محتوای فرکانسی کوتاه (یا پریود بلند) هستند، دارای پاسخ بزرگی نمیباشند. اما اگر این سازهها وارد ناحیه غیرخطی شوند، فرکانس آنها کم شده و پریودشان افزایش مییابد و در این حالت تحت زلزلههای نزدیک گسل آسیبپذیر میشوند. در واقع رابطه بین محتوای فرکانسی زلزله و فرکانس اصلی سازهها فاکتور مهمی برای پاسخ سازهها هستند.

1-4 کاربرد جداگرهای لرزهای در کشورهای مختلف
نمونههایی از پلهای جداسازی شده و جزئیات کابرد آنها در شکلهای زیربه جهت تکمیل موارد مذکور و تایید مجدد استقبال کشورهای مختلف از این روش برای طراحی و بهسازی لرزهای پلها ارائه شدهاند. همانطور که در مباحث این بخش گفته شد، استفاده از جداگرهای الاستومتری با توجه به امکانات و تواناییهای شرکتهای داخلی توصیه میشود.
در شکل‌های زیر نمونه‌هایی ازجداگرهای لرزه‌ای استفاده شده در پل‌ها در کشورهای مختلف ارائه گردیده است.

فصل دوم
« عملکرد لرزهای پلها »

2-1 عملکرد پلها در زلزلههای اخیر و روشهای بهسازی آنها
2-1-1 کلیات
پلها به عنوان سیستمهای سازهای نسبتاً ساده، جایگاه ویژهای در ذهن طراحان سازه داشتهاند، زیرا شکل ساختاری آنها بیان سادهای از نیاز عملکردی آنهاست. به همین علت، راهحلهای سازهای که برای آنها وضع میشود باید هم از لحاظ عملکرد پل و هم از جهت زیبایی معماری تایید شوند.
علیرغم سادگی سازهای پلها، بهخصوص آنهایی که از بتن مسلح یا بتن پیش تنیده ساخته شدهاند، تحت زلزلههای مختلف نتوانستهاند در سطح توقع طراحان عمل کنند. زلزلههای رخ داده در کالیفرنیا، ژاپن و آمریکای میانه و جنوبی نشان داد که بسیاری از پلهای طراحی شده بر اساس ضوابط آیین‌نامههای زلزله دچار خسارتهای شدید و یا حتی واژگونی شدند و این در حالیست که شدت این زلزلهها کمتر از مقادیر نظیر در آیین‌نامههای طراحی گزارش شده است.
این ضعف عملکردی پلها در بیشتر موارد به علت فلسفه طراحی ارتجاعی است که با معضل عدم توجه به جزئیات طراحی در اجرا، بحرانیتر میشود. زمینلرزهها نقاط ضعف ساختاری را بهطور طبیعی مشخص میکنند و بر اساس شواهد موجود، خسارتها نیز در همین نقاط مشاهده میشوند. پلها، بر خلاف ساختمانها دارای درجه نامعینی اندکی میباشند یا اینکه بهکلی معین هستند؛ بنابراین زوال یک عضو سازهای یا اتصال بین اعضاء با احتمال بیشتری به خرابی و یا حتی فروپاشی پل میانجامد. پس باید خاطر نشان کرد که اگرچه ساختار ساده پلها منجر به درجه اطمینان بیشتر در پیشبینی پاسخهای لرزهای آنها میشود ولی درعینحال باید حساسیت بیشتری نسبت به خطاهای طراحی اعمال گردد.
برای ارائه طرح موثر پلهای جدید و تدوین روشهای ترمیم، بازسازی و مقاومسازی بهینه پلهای موجود، فهم دقیق حوزههای بالقوه مسئله ضروری است. بهترین راهحل برای این کار طبقهبندی زوالها و خسارتهایی است که در زلزلههای گذشته در پلها به وقوع پیوسته است. پس ایتدا بایستی خسارتهای لرزهای گذشته وارد بر پلها و همچنین نقایص معمول طراحی و اجرای پلها مرور شوند.

2-1-2 خسارتهای وارده به پلها در زلزلههای اخیر
با بررسی خسارتهای وارد بر پلها ناشی از زلزلههای اخیر، میتوان به سه نقص عمده طراحی اشاره نمود که با همراه شدن ضعفهای اجرایی معضل بحرانیتری شکل میگیرد؛ اگرچه ممکن است هر نقص به شکلهای مختلف تجلی کند. این نقایص نتیجه مستقیم فلسفه طراحی الاستیک میباشند که عموماً قبل از سال 1970 استفاده میشد و هنوز نیز در برخی کشورها مورد استفاده قرار میگیرد. در طرح لرزهای الاستیک پلهای قدیم نوعاً سطوح پایین تنش مجاز استفاده میشد که متناظر بود با نیروهای زلزلهای که تنها کسر کوچکی از نیروهای واقعی تولید شده در سازه با پاسخ الاستیک و مقاومت بالا را تشکیل میدادند؛ درحالیکه مقاومت لازم واقعی حدود 100 الی 300 درصد بیشتر از سطح نیروهای الاستیک بود که حتی در یک زلزله متوسط نیز تجربه میشد. بنابراین نتایج روش طرح الاستیک چنین بودند [31]:
1. تغییرشکل لرزهای که بر اساس سطوح نیروی جانبی مشخص شده بودند، بسیار کمتر از مقادیر واقعی تخمین زده میشدند.
2. چون سطوح نیروی زلزله پایین فرض میشد، نسبت بار ثقلی به نیروی زلزله نادرست تصور میشد و لذا الگوهای لنگر، پایین و با شکل نامناسب در نظر گرفته میشد.
3. کنشهای غیرالاستیک سازهای و مفاهیم شکلپذیری و طرح ظرفیت که برای بقای سیستمهای غیرالاستیک تحت زلزلههای شدید حیاتی هستند، در روش طرح الاستیک ملاحظه نمیشد، بنابراین موقعیتهای بحرانی مفصل بالقوه برای تحمل تغییر فرمهای غیرالاستیک بزرگ بدون کاهش مقاومت، به درستی تعیین نمیشدند. در نتیجه مقاومت برشی عضو بیشتر از مقاومت خمشی آن نمیشد و بنابراین زوال برشی ترد، محتمل و ممکن بود.
انواع خسارتهای وارده به پلها در زلزلههای گذشته (شکلهای 2-1 تا 2-7) که به یک یا ترکیبی از نقیصههای مطرح شده اشاره دارند عبارتند از [28, 31]:
زوال دهانه پلها ناشی از نشیمنگاه ناکافی در درزها
بزرگنمایی جابهجاییها ناشی از اثرات خاک
برخورد بین قابهای پل
فرونشست (Slumping) کولهها
زوال ستونها
زوال ناشی از عدم شکلپذیری و مقاومت خمشی
کافی نبودن نیروهای طراحی
مقاومت خمشی غیر قابل اعتماد ستونها
شکلپذیری خمشی ناکافی
قطع زود هنگام میلگردهای ستون
زوال برشی ستون
زوال اتصال
زوال تیر سرستون (Cap – beam)
خسارتهای اجزای پلهای فلزی
زوال پیها
شکل 2-1: شکل‌های خسارت به علت نشیمنگاه ناکافی (راست: زلزله 1999 تایوان، چپ: زلزله 1995 کوبه)
شکل 2-2: شکل‌های افزایش جابه‌جایی‌های پل به علت روانگرایی (زلزله 1995 کوبه)
شکل 2-3: راست: شکل زوال ستون به علت قلاب ناکافی (زلزله 1994 نرتریج) ، چپ: فروریختن دهانه به علت چرخش پایه‌ها و فرونشست کوله‌ها (زلزله 1999 تایوان)
شکل 2-4: شکل‌های زوال ستون پل به علت مقاومت خمشی پایین (زلزله 1971 سان‌فراندو)
شکل 2-5: شکل‌های زوال ستون‌های مختلف به علت ضعف طراحی (زلزله 1994 نرتریج)
شکل 2-6: شکل شکست پایه پل به علت عدم شکل‌پذیری خمشی (زلزله 1999 تایوان)
شکل 2-7: شکل شکست برشی ستون (زلزله 1999 تایوان)

2-1-3 علل عمده آسیبپذیری لرزهای و روشهای ترمیم و بهسازی پلها
در سالهای اخیر روشهای بازسازی، بهسازی و مقاومسازی به منظور اصلاح مشکلات موجود در پلهای موجود ارائه گردیده است. در این قسمت بهطور خلاصه عمدهترین موارد آسیبپذیری لرزهای در پلها و راهکارهای بهسازی آنها آورده شده است:

2-1-3-1 عدم وجود نشیمنگاه کافی
با توجه به احتمال فرو افتادن عرشه در محل درزهای جابهجایی هنگام وقوع زلزله، راهکارهایی جهت برطرف کردن این نقیصه چه از دیدگاه طراحی و چه از دیدگاه ترمیم ارائه شده است. بهطور کلی این مهم را میتوان به دو بخش افزایش عرض نشیمنگاه و کنترل تغییرمکان در نقاط متحرک تقسیم کرد.

2-1-3-2 روانگرایی و فرونشست کولهها
برخی از سختترین و پرهزینهترین روشهای ترمیم مربوط به کاهش خطرات ناشی از زوال خاک میباشد. روشهای کاهش خطر روانگرای عبارتند از: متراکم کردن خاک با ارتعاش مصنوعی در حالت اشباع (Vibrofloatation)؛ قرار دادن ستونکهای سنگی و کاهش تولید فشار آب حفرهای.
دیگر اثرات روانگرایی را میتوان با افزایش درجه نامعینی پل کاهش داد. روشهای بازسازی باید بر این اساس باشد که روسازه در صورت امکان با پایهها به صورت یکپارچه گردد.

2-1-3-3 زوال ستون
روشی که تاکنون بسیار مورد استفاده قرار گرفته است که شکلپذیری خمشی، مقاومت برشی و کارایی وصله پوششی را افزایش میدهد، استفاده از انواع پوشش فولادی (Steel jacketing) ، بتنی و الیاف FRP میباشد. برای ستونهای دایروی دو نیم ورقه فولادی با شعاع کمی بزرگتر از ستون، دور ستون قرار گرفته و به هم جوش میشوند. فاصله بین ورق و ستون را با تزریق پر میکنند. نسبت قطر ستون به ضخامت ورقه در محدوده 100 به 1 تا 200 به 1 میباشد. پوشش فولادی مانند یک میلگرد جانبی بسیار موثر در افزایش محدودیت مفصلهای پلاستیک و افزایش مقاومت برشی مکانیزم برش خرپایی میباشد. مقاطع غیردایروی را نیز میتوان به این روش مقاوم نمود، به این ترتیب که پوشش را به شکل دایروی و یا بیضوی درآورده و دور ستونها قرار داده و فاصله بین را با بتن کرد [31].

2-1-3-4 مقاومسازی خمشی و برشی تیر سرستون
در این موارد باید مقاومت خمشی و برشی بالای سطوحی نظیر تشکیل مفاصل پلاستیک ستون را افزایش داد. یکی از رایجترین روشهای مقاومسازی، پس کشیده نمودن تیر سرستون با استفاده از تاندونهای خارجی میباشد که در برابر بلوکهای انتهایی مهار شده باشند، یا تاندونهایی که در تمام طول، تیر سرستون در محفظههایی در هسته آنها قرار گرفتهاند. پیشتنیدگی میتواند مقاومت خمشی و برشی لازم را در بسیاری از موارد با هزینه کم افزایش دهد و کارایی اتصال را نیز افزایش میدهد.

2-1-3-5 زوال اتصالات
اتصالات ضعیف تیر- ستون، یا ستون- پی ناشی از مقاومت برشی ناکافی اتصال یا مهار ناکافی میلگردهای ستون، نیاز به روشهای بازسازی دقیق برای تضمین کارایی پل در مقایسه با پلهای جدید دارد. در بعضی موارد نیاز به برداشتن بتن اتصال و قرار دادن میلگردهای برشی اضافی در اتصال میباشد.
بازسازی اتصالات ستون- پی مشکلتر است. افزایش عمق پی با یک لایه فوقانی در بعضی موارد تنشهای برشی اتصال را به میزان قابل قبولی کاهش میدهد.
در این موارد باید هزینه اجرای این اتصالات را برآورد کرد که ممکن است در بعضی حالات به صرفه نباشد. در بعضی موارد ممکن است که یک پل با درجه نامعینی کافی قادر به تحمل سطح مورد انتظار جابهجاییها بدون فرو افتادن حتی پس از تخریب اتصال تیر- ستون، یا ستون- پی باشد. در چنین مواردی باید دانست که ظرفیت بار مرده پل با تخریب اتصال از بین نمیرود؛ البته به این شرط که کاهش کارکرد پل قابل تحمل باشد [31].

2-1-3-6 زوال پی
مثل حالات اتصالات، مقاومسازی برای افزایش کارایی پی ممکن است خیلی پر هزینه باشد؛ پس ابتدا باید بررسی شود که آیا در صورت زوال پی، پل قادر به تحمل سطح پاسخهای لرزهای طرح میباشد یا خیر. حرکت گهوارهای یا چرخش حول محور جانبی پی (Rocking) در بسیاری از موارد به عنوان یک جداسازی لرزهای قابل قبول با ظرفیت جابهجایی عظیم تلقی میشود. نتیجه چنین چرخشی، محدود نمودن سطوح نیرویی در قسمتهایی از سازه به سطح قابل تحمل میباشد. وقتی بازسازی پی غیرقابل اجتناب باشد، معمولاً ابعاد پلان را به منظور افزایش پایداری حالت چرخش گهوارهای افزایش میدهند و همچنین اگر شرایط زمین اجازه دهد، شمعهای محیطی اضافی احداث کنند؛ یک لایه مسلح نیز اغلب در بالای پی موجود ایجاد میشود که به منظور اتصال بین بتن جدید و قدیم، یک سری میلگردهای انتظار با فواصل کم را در آن قرار میدهند. این لایه فوقانی اضافی، همچنین سطح تنشهای برشی را در اتصال پی به ستون کاهش میدهد و شرایط مهاربندی بهتری را برای میلگردهای ستون ایجاد میکند.

2-1-4 جداسازی لرزهای به عنوان یک روش مقاومسازی
تامین جداگرهای لرزهای یا قطعات میراگر بهخصوص در سازه پل موجود، میتواند کارایی لرزهای آن را افزایش دهد. اغلب دیده شده است وقتی روسازه واقع بر تیر سرستون توسط بالشتکها تحمل شود، بالشتکها قادر به تحمل نیروها نیستند و باید تعویض شوند. بنابراین مناسب است که آنها را با بالشتکهای جداگر ویژهای که نیرو را در پایههای پل به سطحی میرساند که در محدوده پاسخ الاستیک قابل تحمل باشد، تعویض نمود. با تنظیم مشخصههای جابهجایی و مقاومت بالشتکها در روی پایههای مختلف، میتوان پاسخ لرزهای را نیز منظم ساخت و از تمرکز خسارت در پایههای سخت و کوتاه اجتناب کرد.
در حدود چهار دهه از کاربرد جداسازی لرزهای در پلها میگذرد و کارایی این نوع پلها تأیید شده است. مفهوم اصلی جداسازی لرزهای از یک جهت افزایش دوره تناوب سازه و از جهت دیگر افزایش میرایی سازه، یا هر دو با هم میباشد. در دهه 1970 کاربرد جداگرهای لرزهای در پلها به عنوان ابزار مقاوم در برابر زلزله آغاز شد. این فناوری ظرف چهل سال گذشته به سرعت گسترش یافت، به طوری که امروزه موارد کاربرد زیادی از آنها در سرتاسر دنیا بهویژه در زلاندنو، آمریکا، کانادا، ایتالیا، ایسلند، ژاپن و تایوان مشاهده میشود. بیشترین تعداد پل در زلاندنو جداسازی لرزهای شده است (بیش از 60 پل).
بههرحال، تعداد پلهای مجهز به جداگرهای لرزهای که زلزلههای حقیقی را تجربه کرده باشند بسیار کم است، در نتیجه، دادههای ثبت شده بسیار اندکی در مورد چنین پلهایی موجود است و کارایی آنها نسبت به زلزلههای قوی باید در عمل اثبات شود.
پل Sierra Point در آمریکا: این پل منحنی شکل است و طول آن 8/184 متر و عرض آن 1/35 متر میباشد. این پل در سال 1956 ساخته شده و در سال 1985 با بالشتکهای لاستیکی- سربی بین ستونها و روسازه مقاوم شده است. این پل زلزله 1989 لوما پرایتا را بدون وارد شدن هیچ خسارتی به ستونها تحمل کرد [27] .
پل Matsunohama در ژاپن: این پل در سال 1991 ساخته شد که دارای چهار دهانه با عرشه پیوسته از جنس فولاد با طول 5/211 و عرض حداکثر 22 متر و شعاع انحنای 560 متر میباشد، که عایق بهکار رفته در آن از نوع بالشتک لاستیکی- سربی میباشد. این پل در معرض زلزله 1995 کوبه با بزرگی 2/7 ریشتر قرار گرفته است که ماکزیمم شتاب عرشه اندکی کوچکتر از ماکزیمم شتاب بالای پایه بوده است، ولی عایقها وارد محدوده غیرخطی شدهاند که بر طبق مشاهدات، سیستم جداگر مطابق انتظار عمل کرده است [27].
پل Yama-age در ژاپن: این پل در سال 1993 ساخته شد و دارای شش دهانه با عرشه پیوسته از جنس بتن پیش تنیده با طول 246.3 متر و عرض موثر 10.5 تا 13.5 متر میباشد. این پل با بالشتکهای لاستیکی با میرایی زیاد عایق بندی شده است. پاسخهای لرزهای پل تحت زلزله 19940 Hokkaido-toho-oki با بزرگای 1/8 ریشتر ثبت شده است. ماکزیمم شتاب عرشه یک سوم ماکزیمم شتاب بالای پایه بوده و هیچ یک از جداگرها در محدوده غیرخطی قرار نگرفتند. آنالیز طیفی پاسخهای ثبت شده نشان میدهد که با وجود جداگرها، مولفه ارتعاشی با فرکانسی برابر با فرکانس اصلی پایه به عرشه منتقل نشده است [27].
پل Bai-Ho در تایوان: این پل سه دهانه با عرشه پیوسته از جنس بتن پیش تنیده با طول 145 متر و عرض ماکزیمم 16.1 متر میباشد، این پل مجهز به بالشتکهای لاستیکی- سربی روی هر پایه و بالشتکهای لاستیکی با پوشش تفلون روی کولهها میباشد. اگرچه در حین زلزه 1999 با بزرگی 6 ریشتر، ساخت پل هنوز تمام نشده بود، اما پل هیچ خسارتی ندید. افزایش قابل توجه دوره تناوب پل به علت رفتار غیرخطی بالشتکها باعث عملکرد مثبت پل در جهت طولی شد [27].
شکل 2-8: شکل‌های پل Bai-Ho در تایوان (بالا) و سیستم جداسازی آن (پایین)

روگذر Bolu در ترکیه: در عایق بندی این روگذر که از نوع بتن پیش تنیده میباشد، از میراگرهای هیستریتیک فولادی به شکل C و بالشتکهای تفلونی استفاده شده است. طول آن بالغ بر 3213 متر و عرض آن به 5/17 متر میرسد. در زلزلههای سال 1999 ترکیه که بزرگاهای آنها به طور متوسط 5/7 ریشتر بوده است، پاسخ این پل جداسازی شده کاملاً رضایت بخش بوده است، به طوریکه در زلزلهای با شتاب ماکزیمم حدود 1.0g که خیلی بیشتر از شتاب طرح بوده است، پل جداسازی شده با وجود تحمل خسارتهای بسیار، واژگون نشده است.خسارتهای وارده به پایهها محدود به ترکهای خمشی ظریف میشود و اغلب خسارتهای سازهای توسط روسازه و کولهها تحمل شدهاند. جابهجایی جانبی قابل توجهی در عرشه نسبت به پایهها رویت شده است؛ خردشدگی بتن و چرخش کولهها در انتهای روگذر مشاهده میشود که به علت برخورد بین عرشه و کوله میباشد. بالشتک‌های تفلونی، روی اغلب پایهها از جای خود خارج شدهاند و در میراگرهای هیستریتیک فولادی که به عنوان قطعات مستهلک کننده انرژی میباشند تغییرشکلهای دائمی‌ناشی از جاری شدن عناصر فولادی ایجاد شده است. این درحالی است که قبل از آن این، روگذر در معرض زلزله به همین بزرگی و با شتاب ماکزیمم زمین مشابه طرح 0.4g مواجه شده بود، که هیچگونه خسارتی ندیده بود [27].
شکل 2-9: شکل‌های روگذر Bolu در ترکیه (راست) و زوال بالشتک آن (چپ)

در ایسلند نیز چهار پل جداسازی شده در زلزلههای سال 2000 عملکرد رضایت بخشی داشتهاند؛ این زلزله دارای شتاب ماکزیمم 0.84g بوده است. پلهای جداسازی شده با جداگرهای لاستیکی- سربی تنها در جهات طولی و عرضی مقداری جابهجایی پیدا کردهاند و هیچ مشکل دیگر یا خسارت سازهای نداشتهاند [27].
در ادامه چند پل جداسازی شده تازه ساز که در آن از بالشتک پاندول اصطکاکی برای تحمل نیروهای بزرگ بهره گرفته شده است، آورده شده است.
شکل 2-10: شکل‌های پل Kodiac-Near Island که در آن 15 عایق لرزه‌ای از نوع بالشتک پاندول اصطکاکی بکار رفته است (آلاسکا)
شکل 2-11: شکل‌های پل Benicia-Martinez که در آن به ازای هر پایه دو عایق لرزه‌ای از نوع بالشتک پاندولی اصطکاکی بکار رفته است (کالیفرنیا)
شکل 2-12: شکل‌های پل American River که در آن 48 عایق لرزه‌ای از نوع بالشتک پاندول اصطکاکی به‌کار رفته است (کالیفرنیا)
شکل 2-13: شکل‌های پل I-40 و عایق لرزه‌ای به‌کار رفته در آن که از نوع بالشتک پاندول اصطکاکی می‌باشد (روی رود Mississipi)

زمانی که طراحی یک پل بهصورت جداسازی شده توجیه میشود، فرض میگردد که عمده اتلاف انرژی در سیستم جداساز اتفاق میافتد و تنها تحت زلزههای حدی ممکن است مقدار کمی شکلپذیری توسط پایهها نیاز باشد. دستیابی به چنین پاسخی به سادگی امکانپذیر است، به شرطی که سطح تسلیم سیستم جداساز طوری انتخاب شودکه تسلیم در پایهها اتفاق نیفتد. به عبارت دیگر لازم خواهد بود تا سیستم جداساز حتماً زودتر از پایه تسلیم شود.
ضرایب حفاظت پایه در محاسبه مقاومتهای اسمی به منظور پرهیز از تسلیم زودهنگام پایه به کار میروند. این ضرایب به میزان قابلیت اعتماد مشخصات مکانیکی سیستمهای جداساز بستگی دارد. در بسیاری از موارد لازم است که مقاومت واقعی سیستم جداساز بیشتر از10 درصد با مقاومت طرح آن اختلاف نداشته باشد و مقاومت سیستم جداساز در تغییرمکان طرح برابر 85 درصد مقاومت اسمی پایه باشد [31]. اصول طراحی بر مبنای ظرفیت به منظور پرهیز از مودهای شکست نامطلوب پایهها و پیها همچنان قابل کاربرد میباشد. بهطور مثال اطمینان از اینکه مقاومت برشی پایه زودتر از مقاومت خمشی آن فعال نمیشود، ضروری است. ضرایب حفاظت پایه در محاسبه مقاومت تکیهگاهها، اتصالات و کولهها



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه ارشد

دیدگاهتان را بنویسید