بخشی از مقاله
بررسی علل خرابی و روش های مقاوم سازی پل ها
خلاصه
به علت نقش مهمی که پل ها پس از وقوع زلزله در عملیات امداد و نجات دارد لازم است که این سازه ها در مقابل حملات لرزه ای از سطح حفاظت بالاتری برخوردار باشند. زلزله های انفاق افتاده در دهه ۹۰ میلادی در آمریکا، ژاپن، تایوان و ترکیه ، خرابیهای نسبتا زیادی در پلها ایجاد کردند. زلزله نقاط ضعف سازه را شناسایی نموده و بیشترین خسارت را بدانجا وارد می کند که پلهها به دلیل در جه نامعینی کم در برابر این حملات بسیار آسیب پذیرند. در این مقاله سعی شده است تا پس از پرداختن به علل خرابی پل ها در اثر موارد مختلف بخصوصی زلزله به شیوه های مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای پل ها پرداخته شود. در ضمیمه هم مراحل مقاوم سازی پل گلدن گیت به صورت تصویری بررسی شده است.
کالمات کلیدی :پل – خرابی - مقاوم سازی- گلدن گمات
کقدمه : آسیب های قابل توجه در پایه پل ها به دو گروه قابل دسته بندی هستند: ۱- وابسته به گسیختگی خمشی پایه به علت مقاومت خمشی ناکافی با ظرفیت شکل پذیری خمشی ناکافی ۲- وابسته به شکست برشی پایه پل به علت ظرفیت برشی ناکافی، هدف اصلی از بهسازی لرزه ای ستون های بتن آرمه افزایش مقاومت برشی، به ویژه در پایه ها با قطع آرمانور طولی در وسط ارتفاع بدون طول مهاری کافی می باشد. این کار شکل پذیری ستون را افزایش میدهد زیرا از شکست برشی زودرس جلوگیری میکند. اما اگر فقط شکل پذیری افزایش یابد، ممکن است تغییر شکل پسماند در پا به بعد از زلزله افزایش یابد . سقاومت خمشی پایه هم باید افزایش یابد، که این منجر به افزایش نیروی زلزله انتقالی از پا به به پی میشود. بررسی انواع پی نشان داده که اگر افزایش مقاومت خمشی پایه در اثر مقاوم سازی کمتر از دو برابر مقاومت خمشی پا به پل موجود باشد، پی با افزایش نیروی زلزله ای دچار شکست نمی شود. ا||۱| پلها در برابر اندرکنشی خاک و سازه حساس نر از ساختمان هستند ملاحضات ژ و تکنیکی در طراحی پلها بسیار ضروری و مهم به نظر می رسد، زیرا: - محل بنای پلها رودخانه ای که معمولا روی آبراهه ها و مسیل ها با خاک های با پتانسیل روانگرایی می باشد. پلهای جاده ای و ربالی گاهی خطوط گسل های فعالی را قطع می کنند که ابن پدیده منجر به جابجایی نسبی پایه ها به میزان زبادی میگردد
- ارتعاش نا همفاز پایه های پلها به ویژه در پلهای با دهانه زیاد || ۲ ||
خرابی موجود در دیواره ها و کوله ها
- خرابی بر اثر نشست پی - رانش زمین زیر پی - فشار خاکا پشت کوله بس زلزله - ضربه ناشی از سنگهای بزرگ در موقع سیل و اثبات به دیوار
نشست خاک پی وضربه های وارده توسط خودرو بخ دیوار ها
- ضعیف بودن دیوار و فشار ناشی از خاک
- عدم رعایت ارتفاع مجاز ( لاغرقی)
- نامرغوب بودن جنس سنگ ها و تاثیر عوامل جوی (گرما سرما) و عوامل شیمیایی
- نامرغوب بودن مصالح - عدم رعایت مقدار سیمان لازم - بنایی غلط و خشکه چینی سنگ داخل دیوار || ۳ |
آب بردگی های کف پلی: در آب بردگی های شد بد تمام کف پل از بین میرود و از قسمت بالادست با نفوذ آب به زیر لایه های کف سازی شده آغاز، و با کنده شدن مصالح و نهایتا تخریب کف به قسمت خروجی پل منتهی میشود. عدم رسیدگی بموقع باعث آسیب ذیری به پی کوله و با پایه ها میشود. در پل هایی که دهانه آنها بزرگتر است و از میان پایه استفاده نمیگردد نیازی به احداث رادیه و برید نیست و هر مقدار وسط دهانه گود افتادگی بیشتری داشته باشیم آسیب پذیری کوله ها کمتر است (فقط میتوان اطراف کوله را با کلاف بندی از آسیب پذیری محافظت نمود) به همین منظور امروزه اقدام به ساخت پل های با دهانه بزرگ بدون میان پایه مینمایند زیرا آسیب پذیری اینگونه پل ها کمتر از پل های با دهانه مشابه و دارای میان پایه است. ||۴||
علل خرابی عمده پل ها هنگام زلزله فلسفه حاکم بر طراحی پلهای جدید و مفاوم سازی پلهای موجود یکی است و هر دو مبتنی بر اساس طراحی عملکردی بوده ولی متدولوژی و راهکارهای طراحی برای رسیدن به هدفه مذکور در هر کدام متفاوت است . شناسابی نقاط ضعف پلها در برابر زلزله در اند و این دستور العسلی ها و استراتژی های طراحی پل های جدید و مقاوم سازی پلهای موجود از اهاسیت ویژه ای برخوردار است . قطع پیوستگی آرمانور دور پیج در ناحیه تشکیل مفصلی خمیری در پای ستونهای پلی: برای استهلاک انرزی زلزله ایین نامه ها اجازه می دهند نواحی از پیش تعیین شده ای در سازهها دچار تغییر شکل های خمیری با حفظ سختی، مقاومت و شکل پذیری در چرخه های رفت و برگشتی امواج زلزله گردند. در پلها این نواحی بطور معمول در زیر سازه (پایه ها) انتخاب می گردند. بطور خاصی در ستون های بتنی پایه ها این نغییر شکل ها در پای ستون ها و در طول ناحیه تشکیل مفصلی خمیری اتفاق می افتند. به منظور نامین شکل پذیری لازم در مناطق با خطر لرزهای زیاد، آیین نامه ها همپوشانی 0oVerlap آرماتورهای دور پیج در ناحیه تشکیل مفصلی خمیری در پای ستون را ممنوع کردهاند. اما در شکل ذبل مشاهده می گردد که جدا از مساله همپوشانی ، پیمانکار برای سهولت اجرا و به دلیل عدم آگاهی از این نکته اصولی، حتی آرمانورهای دور پیج را هنگام اجرای فونداسیون درست در پای ستون قطع نموده است. انقطاع ایجاد شده باعت کاهش تنشهای محصور کننده در پای ستون شده و عامل بسیار مهمی در کاهش قابل نوجه شکل پذیری و ناپابداری پا به پلی در هنگام زلزله خواهد بود.
وصله آرمانور طولی در ناحیه تشکیل مفصلی خمیری در پای ستون های پل: مطابق مقررات آیین نامه ها وصله آرمانور طولی ستون فقط در ناحیه نیمه میانی ارتفاع ستون مجاز می باشد. لازم به توضیح است که حداقل طول وصله ۶۰ برابر قطر آرمانور طولی بوده و باید ضوابط دور پیچی ویژه برای آن اعمال گردد. متاسفانه در شکل زیر مشاهده می گردد که وصله آرمانور دقیقاً در ناحیه غیر مجاز ستون قرار گرفته و آرمانورهای دور پیج نیز در فونداسیون قطع شدهاند. موضوع اخیر از مهمترین عوامل خرابی های مشاهده شده در زلزله ها در اکثر نقاط دنیا می باشد. عدم تامین طول لازم برای نشیمن نیرهای بتن مسلح پیش ساخته عرشه پلی:
در پل هاى متشکل از عرشه با تیر های بتن مسلح پیش ساخته در کشورمان استفاده از تکیه گاه ننو پرن الاستومرى برای نشیمن تیر ها در محل کوله ها و پا به ها بسیار رایج می باشد. انتظار می رود در هنگام زلزله، تغییر مکان طولی پل به دلیل عدم وجود میرابی در این نوع نشیمنگاه ها قابل توجه باشد. لذا آیین نامه ها مقرر میدارند که طول نشیمن عرشه بر روى کوله و پايه پل از حداقل میرانی برخوردار باشد. این مهم به دلیل جلوگیری از سقوط عرشه از روی کوله و پایه به داخل دهانه می باشد. متاسفانه در شکل بالا مشاهده میگردد که طول مذکور رعایت نشده است. در حالی که این موضوع در هنگام تهیه نقشه های اجرایی و زمان اجرای کوله به راحتی و با تامین براکت در دیواره کوله امکان پذیر بوده است
جانمایی نادرست تکیه گاه نئوپرن در پا به ها: مطابق ضوابط آیین نامه ها محور نئوپرن ها چهار ضلعی به دلیل جلوگیری از اعمال فشار غیر یکنواخت خارج از محور باید بر محور بیر منطبق بوده و اضلاع آن به موازات اضلاع نیر باشند، متاسفانه در شکل بالا مشاهده میشود که هر دو مورد فوق هنگام جانمایی نشیمن ها رعایت نشده است و نئوپرن ها با خروج از مرکزیت قابل توجه نصب شده اند که این موضوع منجر به کاهش عمر مفید بهره برداری از نئوپرن و ایجاد تنش های قابل توجه در انتهای نیر می گردد. ا۵ |
اعم اسبب های دیده شده در پل ها تحت زلزله : ۱- گسیختگی گسل در زیر پل با در مجاورت آن برای سازه فاجعه آمیز بوده و معمولا منجر به فرو ریزی دهانه ها (مخصوصا وقتی که جابجایی زمین بزرگ است) میشود. زمین لرزه های نزدیک گسل قوی بوده و به شدت به سازه های قدیمی نر که طبق آیین نامه های مدرن طراحی نشده اند ، آسیب میزند. اما از آنجائیکه گسل ها با قدرت های مختلف وجود دارند ، گاهی مواقع ممکن است ناچار به ساختن پل در محلی گسل شد . تحت یک چنین شرابطی بایستی الویتی در طراحی و ساخت پل در نظر گرفته و مسیرهای جایگزین را در آینده طراحی کرد. ممکن است برای تسهیل در نرمیم فوری پل ، دهانه های کوتاهتر مورد استفاده قرار گیرند زیرا پلها با دهانه های بزرگتر در نزدیکی گسل آسیب پذیرترند. ۲- کلید های برشی ، وسایل مانع از جداکنندگی ، عرض نشیمن کافی و نشیمن مناسب بایستی برای محافظت پل از ضربات ناخواسته فراهم شوند. خرابی زمین ، دهانه های خمیده ، روانگرایی و... ممکن است باعت حرکات اضافی در سازه شوند که این وسایل نجهیزات عالی برای جلوگیری از خرابهای ېېشتر می باشند. ۳- طراحی کلید های برشی و نشیمن لازم است که با ظرفیت طراحی پایه سازگار باشد. از آنجائیکه ترمیم آسیب شالوده بسیار مشکل است ، برای اجتناب از وارد آمده آسیب در پایه یا شالوده ، کلید های برشی نبایستی قویتر از پایه پل طرحی شوند. زیاد بودن مقاومت کلید های برشی با عتا میشود که موقعیکه رو سازه در جهت عرضی حرکت کرده و با کالبدل های برشی برخورد میکند ، نیروها را به ستون پل انتقال داده و منجر به آسیب های جدی به زیر سازه در این امتداد شوند. ۴- عرض نشیمن زباد برای وفق دادن با جابجایی ز باد غیر قابل انتظار ناشی از خرابی زمین با لرزه های شدید ، راه حل مناسبی است . این کار مخصوصا در پل های با هند سه نامنظم با خمیده بسیار مفید خواهد بود ۵- بایستی از خرابی برشی در پایه ها جلوگیری کرد برای ابن کار از دور پیچ و خاموت کافی برای اطمینا از انعطاف پذیزی در پا به های بتن مسلح استفاده شود و قطع آرمانور نباید در میانه ارتفاع پایه ها صورت گیرد.
۶- در محل هایی که پتانسیل ناشی از گسترش جانبی به همراه روانگر ابی بیشتر است، اثر آن را باید طراحی منظور کرد. || ۱ |
راهکارهای بهسازی پل ها
طبق بند ۲-۶ دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود راهکارهای زیر را میتوان بصورت منفرد با در ترکیب با بکدیگر برای بهسازی بکار گرفت: اصلاح موضعی اجزای سازه که دارای عسلکرد نامناسب در زلزله هستند. ، حلف یا کاهش بی نظمی در ساختمان های موجود ، نامین سختی جانبی لازم برای کلی سازه ، کاهش جرم سازه ، بکارگیری سیستم های جداساز لرزه ای ، بکارگیری سیستم های غیر فعال اتلاف انرژی ، تغییر کاربری سازه که در مورد پل ها میتوان با بکارگیری سیستم های جداساز لرزه ای و سیستم های غبر فعال اتلاف انرژی پل مورد مورد نظر را بهسازی نمود. ||۶||
روشهای گوناگون بهسازی را میتوان در چهار گروه تقسیم بندی نمود: الف) نعمیر اعضای بحرانی :اگر عضو یا اعضای دارای نقص تشخیص داده شوند با درجا تعمیر و تقویت می شوند یا کالا باعضو جدیدی جایگز ین میشوند.
ب) سوار کردن اعضای جدید به سازه : برخی نارسایی ها را میتوان با افزودن اعضای جدید به سازه بر طرف کرد. با ید توجه شود که اعضای جدید با انصال مناسب به اعضای موجود در باربری مشارکت کنند.
ج) کاهش بار مرده: معمولا با سبک کردن روسازی عرشه انجام میشود و به افزایش بار برای پل می انجامد
د) اصلاح سامانه سازه ای: برخی سازه ها را میتوان با تغییر دادن رفتار سازه ای و نحوه توزیع نیروها و لنگرها تقویت کرد. || ۷ |
روش های مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای پل ها
مقاوم سازی پایه ها با جاکت فولادی
بسیاری از ستون های پلهای بتنی که بر اساس آیین نامه های قدیمی ساخته شده اند دچار ضعف در عملکرد لرزه ای هستند این مساله در زلزله های اخیر ایران و جهان به وضوح دیده شده است. در واقع از آنجا که طراحی اولیه سازه ها بر مبنای بار ثقلی صورت گرفته است و جزئیات مناسب برای مقابله با نیروهای زلزله را دارا نمیباشد لذا این سازه ها در مناطق با لرزه خیزی بالا با مشکل مواجه میشوند. خرابی های تجربه شده در ستون های بتن آرمه در زلزله های گذشته به دو بخش شکست ناشی از برش و شکست خمشی ناشی از عدم شکلپ ذیری کافی قابل تقسیم است. برای مقابله با ضعف برشی باید کل ارتفاع ستون (به استثنای یک فاصله آزاد در ابتدا انتها) توسط جاکت فلزی پوشانده شود، برای افزایش شکل پذیری ستون بابد محصور شدگی کافی در منطقه مفصل پلاستیک خمشی ایجاد شود. ا||۸|||||| ستونهای کوتاه با مقاومت برشی ناکافی شکست برشی را که اصولا ماهیتی نبرد و ناگهانی دارد را تجربه میکنند . شکست برشی به دلیل ماهیت ناگهانی خود که همراه با کاهش سریع مقاوست ستون است بدترین نوع شکست در سازه های بتن آرمه به حساب می آید اما متاسفانه تعداد بسیار زیادی از این نوع شکست در زلزله های اخیر مشاهده شده است . عدم شکل پذیری کافی ستونها در جریان زلزله منجر به شکست خمشی در ستونها میشود. دلایل عدم شکل پذیری مناسب این ستونها عبارت است از: عدم محصور شدگی کافی بتن در نواحی مفصل خمشی ، وجود آرماتورهای طولی با وصله پوششی ناکافی و با وصله آرماتورهای طولی در محل تشکیل مفصل پلاستیک، ||۸|||||
معمولا استراتژی های مقاوم سازی شامل قرار دادن یک jacket ، از مصالحی( فولاد، بتن، کامپوزیت) دور مقطع بحرانی پایه میباشد. در میان انواع مختلف جاکت ها که بررسی شده اند جا کتاهای فولادی بیشتر استفاده شده بخصوصی در کالیفرنیا و ژاپن ، غلاف های فولادی بطور عمده برای ستون های با مقاطع دایره ای استفاده می شوند. ||۸||||||
در این روش کل ارتفاع ستون بوسیله یک جاکت فلزی نازک پوشانده میشود. البته وجود یک فاصله آزاد بین جاکت و پی با تراز طبقات که معمولا حدود ۳ تا ۵ سانتیمتر توصیه میشود در دو انتهای ستون الزامی است. وجود این فاصله آزاد باعث جلوگیری از لهیدگی جاکت و همچنین عدم انتقال مفصل پلاستیک از انتهای ستون به پی میشود. برای مقاوم سازی ستون های با مقطع دایره ای مناسب نرین و معقول در این شکل جاکت دایروی خواهد بود، در مورد ستون های با مقطع مستطیلی بکارواش استفاده از جاکت های مستطیلی میباشد اما آزمایشات نشان میدهد که این جاکت ها از شکل پذیری مناسب برخوردار نیستند. || ۹ |
مشکل اصلی این روش را در محصور کنندگی این نوع جاکت ها در منطقه مفصل خمشی پلاستیک ذکر کرده اند که این عامل باعت مبشود با ستون هابی که با این نوع جاکت ها مقاوم ساز وی شده اند شکل پل برای مناسب دارا نباشند. هم اکنون در مقاوم سازی پلها در آمریکا و کانادا از جاکت های بیضی شکل برای مقاوم سازی ستون های مستطیلی استفاده میشود . برای مقاطع مستطیلی، غلاف های بیضوی (دایره ای با حلقوی) معمولا موثر نرند زبر افشار دو رگبر بکنواختی برای مقاطع اصلی ابجاد میکنند. اصول طراحی ارائه شده برای غلاف های دایروی میتوانند برای غلافاهای بیضوی هم با در نظر گرفتن یک شعاع معادل با توجه به قطرهای بیضی اعمال شوند. شعاع داخلی جاکت معمولا ۵، ۱۲ تا ۲۵ میلیمتر بزرگتر از شعاع مقطع ستون میباشد. یک جاکت نوعا شامل دو مقطع فولادی نیم دایره میباشد که بطور قائم در طول ارتفاع مقطع فولادی جوش میشوند. بکا ساده پر کنند، ۵ سیمانی مثل گر و تا با بتن در این فاصله تزریق میشود که رفتار مرکب این دو ماده را تضمین کند... فاصله ای در حدود ۵۰ میلیمتر بین انتهای جاکت و بالای پی قرار داده میشود. این فاصله برای انتفال مفصل پلاستیک به انتهای پایه، بدون افزایش اساسی سختی جانبی و مقاومت آن ایجاد میشود. اگر این فاصله ایجاد نشود. پی به علت افزایش مقاومت خمشی و برشی در انصال پی به ستون خیلی آسیب میبیند. بنابراین فاصله مذکور از انتقال مفصل پلاستیک از انتهای پایه به سمت پی جلوگیری میکند. || ۸ |
روش دیگر مقاوم سازی ستون ها با جاکت برای افزایش شکل پذیری ، استفاده از یک جاکت نازک برای حصول سقاومت برشی و تعدادی سخت کننده موضعی که توسط جوش به جاکت سراسری در منطقه مفصل پلاستیک متصل میشوند میباشد. برای انصال جاکت به ستون نیاز است که فضای بین جاکت و ستون توسط بتن با گروت سیمان پر شود.
