بخشی از مقاله
چکیده
پلها از حساس ترین و کلیدی ترین عناصر سیستمهای حمل و نقل به شمار میروند . آسیبهای ایجاد شده در این سازه ها در زلزلههای اخیر، نیاز به ارزیابی آسیب پذیری لرزهای آنها با استفاده از روشهای عملکردی بیش از پیش نمایان می-سازد. در پلهای واقع بر مسیر رودخانهها اهمیت و جایگاه پلها از لحاظ فنی و ایمنی چند برابر میگردد؛ چرا که این پلها باید بتوانند نیروی اعمال شده از طرف جریان آب و نیروی اعمال شده از طرف بارهای لرزهای را تحمل نمایند. لذا پایهی این پلها باید در مقابل بارهای لرزهای وبارهای ناشی از جریان آب مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرد.
برای این منظور در تحقیق حاضر، پایه پل واقع بر مسیر رودخانه لیقوان چای در مواقع سیلابی در مقابل بار ناشی از جریان آب رودخانه و بارهای لرزهای ساختگاه مورد بررسی قرار گرفته است تا تاثیرات هر کدام از آنها مشخص و بار غالب برای طراحی انتخاب گردد.
در این راستا مدل هندسی، هیدرولیکی و هیدرولوژیکی شرایط پل و رودخانه، در نرمافزار Abaqus، مدلسازی گردیده و یکبار تحت نیروی زلزله با شتابنگاشتهای معین و بدون جریان آب و یکبار دیگرتحت نیروی جریان آب و بدون نیروی زلزله قرار گرفته است. بعد از انجام تحلیل نتایج نشان دهندهی این است که، نیروی غالب در تلاشهای داخلی و مقدار نیروی وارد بر پل و حتی مقدار جابجایی جانبی عرشه پل، نیروهای ناشی از زلزله هستند. اما اثرات آب نسبت به بعضی از رکوردهای زلزله بیشتر بوده و نیازهای لرزهای بیشتری را ایجاد مینماید.
-1 مقدمه
پل سازی فنی است که ریشه تاریخی درتمدن بشری دارد. پلها در مسائل اقتصادی، سیاسی، اجتماعی و همچنین نظامی نقش استراتژیک و تعیین کنند ای دارند. وقوع سیلاب، اعمال بار اضافه، زلزله، رانش زمین، باد، طراحی و اجرای نادرست و استفاده از مصالح نامرغوب از مهمترین عوامل تخریب پلها گزارش شده اند. از میان عوامل فوق، وقوع سیلاب از اهمیت ویژهای برخوردار است. لزوم ایمن بودن این سازههای مهم و حیاتی در برابر پدیدههای طبیعی از جمله آبشستگی 1 بر کسی پوشیده نیست.
همه ساله پلهای زیادی در سراسر جهان به دلیل در نظر نگرفتن نقش عوامل هیدرولیکی تخریب میشوند. بر این اساس برای یک طراحی مطمئن، تخمین دقیق از عمق آبشستگی در اطراف پایه های پل ضروری به نظر میرسد. آبشستگی ای است که در اثر جریان آب در رودخانهها و نهرها اتفاق میافتد. اهمیت تعیین عمق آبشستگی از آن جهت است که بیانگر میزان پتانسیل تخریب جریان در اطراف سازه بوده و علاوه بر این، نقش بسیار مهمی را در طراحی ابعاد پی سازههایی که در محل برخورد آب قرار دارند، ایفا مینماید .آبشستگی با گذشت زمان، اطراف پایه را خالی میکند و باعث ناپایداری سازه میشود.
لذا شناخت پدیده آبشستگی موضعی و لحاظ کردن آن در طراحی پلها و از همه مهمتر به کار بردن روشها و تجهیزاتی برای کاهش آبشستگی دور پایهها بسیار ضروری است. احداث سنگچینٍ در اطراف پایه، استفاده از شالودهَ ، شمعکوبیُ در جلوی پایههای پل، ایجاد شکافِ در بدنه پایه و نصب طوقّ بر روی پایه، از جمله روشهایی هستند که جهت حفاظت از پایههای پل پیشنهاد شدهاند. با نصب طوق بر روی پایه از برخورد مستقیم جریان رو به پایینْ به بستر جلوگیری شده و همچنین بستر در مقابل تنشهای برشی موضعی اطراف پایه محافظت میشود. طوق علاوه بر کاهش میزان عمق آبشستگی باعث به تأخیر افتادن پیشرفت آبشستگی نیز میگردد. محققین کاربرد انواع طوق های همشکل پایههای پل را مورد مطالعه قرار داده اند.
-2 مروری بر مطالعات گذشته
تحقیقات موسسه تحقیقاتی مهندسی زلزله 1995 نشان داد که، روشهای طراحی و ساخت به طور گسترده در سراسر دنیا تغییر می کند، این روشها با گذشت زمان پیشرفت می کنند و بطور خاص روشهای طرح لرزه ای بطور قابل توجهی در غرب ایالات متحده در خلال دهه 70 میلادی بدلیل تجربه بدست آمده از زلزله سان فرناندو بهبود یافتند.
جنینگ و همکاران در سال 1971، طی تحقیقی نشان دادند که، رفتار سازه پل در هنگام زلزله توسط عواملی چون نزدیکی به گسل و شرایط ساختگاه تحت تاثیر قرار می گیرد. هر دو این عوامل بر روی شدت زمینلرزه و تغییر شکلهای زمین تاثیر می گذارند همچنین تغییر این عوامل در امتداد پل نیز حائز اهمیت است.
جلالی و همکاران در سال 1361 بر اساس نتایج حاصل از اثر شرایط ساختگاه بر روی رفتار پلهاکه پس از زلزله لوماپریتا به رسمیت شناخته شد، یک نتیجه کلی از این زلزله و دیگر زلزله ها اثر مهم شرایط ساختگاه بر روی تقویت قدرت زمین لرزه و متعاقبا افزایش آسیب پذیری پلهای ساخته شده بر روی خاک نرم است را نشان دادند. چندین نمونه از مشارکت شرایط ساختگاه در خرابی ها وجود دارد. بسیاری از پلها بر روی لایه ماسه رسوبی که بر روی شن و ماسه لای دار با عمق کمتر از 10 متر قرار دارد، ساخته می شوند.
زلزله نشان دهنده حرکت پوسته زمین میباشد و در فلات ایران به دلیل قرار گرفتن این منطقه در کمربند کوهزایی، هر چند ده سال خسارتهای فراوان جانی و مالی وارد میشود. از این رو دو شاخه مهندسی عمران گرایش سازه - دیدگاه تحلیل رفتار سازه - و گرایش زلزله - دیدگاه تحلیل رفتار زمین - درصدد یافتن شیوههای نوین طراحی سازههای جدید و یا مقاومسازی سازههای قدیم برآمدهاند که تحقیقاتی از جانب جلالی و همکارانش، حسینی و همکارانش در زمینه مطالعه عددی رفتار سازه بتنی در نزدیکی گسلهای فعال براساس آییننامههای طراحی لرزهای مختلف صورت گرفته است
مرتضائی و همکاران در سال 2010 طی تحقیقی نشان دادند که، برآوردهای انجام شده تا کنون دارای همخوانی کم با واقعیت بوده، به دلیل آنکه زلزله یک پدیده تصادفی است و در زمان، مکان، شدت، بزرگی و نحوه انتشار امواج آن عدم قطعیت فراوانی وجود دارد. همین مسئله سبب پدید آمدن مطالعات گسترده در این زمینه میباشد. دو زمین لرزه با نامهای زلزله پارکفیلد 1966 و نیز زلزله سن فرناندو 1971 در ایالت کالیفرنیا امریکا سرچشمه انجام پژوهشهای کمی را در زمینه دیدگاه تحلیل رفتار زمین و سازه فراهم ساخت
با این حال مطابق مطالعات انجام شده یکی از مهمترین سازههایی که در زلزلههای اخیر به شدت آسیب دیدهاند، پل-های شهری میباشند. این موضوع پس از وقوع زمینلرزههای نورثریج 1994 ، کوبه 1995 ، چی چی 1999 خود را نمایان ساخت به گونهای که حتی پلهایی که براساس آییننامههای نوین طراحی گشته بودهاند دچار آسیبهایی از قبیل تشکیل مفصل پلاستیک در محل ستونها، تخریب تکیهگاهها، جابجایی بیش از حد عرشه و افتادگی آن، آسیبهای شدید برشی و خمشی پایه های پل شده اند که تحقیقاتی از جانب مرتضایی و همکارانش در زمینه بررسی عملکرد لرزهای سازههای بتنی در زمینلرزه نزدیک گسل و کنترل آسیبدیدگی با مصالح کامپوزیت صورت گرفته است.
نتایج تستهای دینامیکی چارکرابارتی و همکارانش در سال 2012 نشان داد که یک عضو شکلپذیر با کمک ازدیاد آرماتور برشی ممکن است به وسیله پالسهای قابل توجه به مانند پالس در زلزله یا از طریق پدیده تشدید بدون استهلاک انرژی با کمک رفتار شکلپذیر خود از بین برود .
از این رو مطالعات آزمایشگاهی و لرزهای گستردهای انجام شده است که آزمایش میزلرزان یو و همکارانش در سال 2010 و کاساس و همکارانش در سال 2014 به بررسی رفتار لرزهای پایه پل با دو ستون و با یک پنجم مقیاس واقعی از آن جمله است که نشان دهنده آسیبهای گسترده خمشی و برشی و در بعضی موارد تخریب سازههای بتنی تحت تاثیر حرکت زمین بوده است
مطالعات مهنانی و همکاران در سال 2014 در مورد زلزلههای به وقوع پیوسته کوبه ژاپن 1994، ازمیت ترکیه 1999 بیش از پیش این موضوع را به ما نشان داده است که پارامترهای تعیین کننده نیروی زلزله، در زلزلههای نزدیک به گسل متفاوت است که تحقیقاتی توسط دهنو و همکارانش در زمینه ارائه راهکاری نوین جهت مدل کردن اثرات حوزه نزدیک گسل در تحلیل احتمالاتی خطر لرزهای انجام شده است
از این رو اثر زلزله در مطالعات انجام شده بتوسط داوئی و همکاران در سال 2014 در دو بخش حوزه نزدیک و حوزه دور تقسیم شده است. خصوصیات جنبشهای حوزه نزدیک - تا شعاع 15 کیلومتری از محل وقوع زمینلرزه - مستقیماَ وابسته به مکانیزم چشمه لرزهای، جهت گسیختگی گسل نسبت به ساختگاه و جهت لغزش گسل میباشد - شیبلغز، امتدادلغز - . مهمترین خصوصیات متمایز کننده جنبشهای حوزه نزدیک، تولید پالسهایی به علت اثر جهتپذیری و اثر تغییرمکان ماندگار میباشد.
این نوع پالسهای حرکتعموماَ شامل یک یا چند پالس مجزا در تاریخچه زمانی شتاب، سرعت و تغییرمکان و اغلب در تاریخچه زمانی سرعت است. این خصوصیات در شتابنگاشتهای زلزلههای حوزه نزدیککاملاَ متفاوت با خصوصیات و مشخصات شتابنگاشتهای حوزه دور میباشد. از این رو استفاده از پوشش کامپوزیت و ایجاد محصورشدگی مضاعف در قسمت پایه پل، سبب افزایش شکلپذیری سازه پل - کاهش جابجایی حداکثر سرستون، کاهش کرنش پلاستیک بیشینه - شده است. این بهبود سبب جذب بیشتر و استهلاک انرژی ناشی از سیل امواج آزاد شده در حال حرکت در زلزله حوزه نزدیک شده است
-3 مواد و روش ها
حوضه آبریز لیقوانچای، از حوضههای واگرای دامنه شمالی توده کوهستانی سهند میباشد - شکل . - 1-3 لیقوانچای به عنوان زهکش اصلی حوضه محسوب میشود. در طول مسیر آبراهههای متعددی از جمله تولهسرچای و بارالیچای به آن می پیوندد .این رودخانه پس از عبور از روستاهای سفیدهخوان، لیقوان، بیرق، هربی و دیزج عبدل به طرف شمال تا شهر باسمنج امتداد پیدا میکند و با عبور از شهر تبریز در حوالی فرودگاه به رودخانه آجیچای میپیوندد.
مساحت حوضه معادل 142 کیلومتر مربع است و رژیم رودخانه برفی بوده و به همین جهت این حوضه آبریز دارای شاخهبندی مشخص و کم تراکمی می-باشد. از نظر توپوگرافی از دو واحد کوهستانی مرتفع و فلات مرتفع تشکیل شده و متوسط شیب حوضه%31 میباشد. خاک منطقه نسبتا جوان و تکامل نیافته است و شامل دو نوع انسپتی سول و انتی سول میباشد. متوسط بارش سالانه در ایستگاه لیقوان 333 میلیمتر و در ایستگاه هروی 268 میلیمتر است. متوسط دمای سالانه حوضه 6/4 درجه سانتیگراد میباشد
این حوضه از سال 1350 به عنوان حوضه معرف انتخاب شده و دارای دو ایستگاه هیدرومتری لیقوان و هروی است. سنگهای آذرین متعلق به دوره ائوسن و میوسن و توفهای آبرفتی با ضخامتنسبتاً زیاد، ساختار زمینشناسی حوضه آبریز را تشکیل میدهند .تشکیلات آبرفتهای رودخانهای در حوضه وجود دارد که حاصل تخریب و حمل قلوه سنگهای آندزیتی در اثر فرسایش میباشد. طول رودخانه 28/5 کیلومتر و متوسط دبی سالانه آن در خروجی حوضه - ایستگاه هروی - 0/62 متر مکعب بر ثانیه است. محدوده مورد مطالعه در تحقیق حاضر مابین بالادست ایستگاه لیقوان تا ایستگاه هروی به طول 15/8 کیلومتر است
