بخشی از مقاله
چکیده
پل ها به طور بالقوه از آسیب پذیرترین سازه های موجود در سیستم های شهری و بزرگراهی در حین زلزله اند. بدیهی است که کارایی لرزه ای سیستم های حمل و نقل از جمله پل ها نقش کلیدی در مدیریت بحران زلزله ایفا می کنند. از این رو ضرورت ارزیابی هر دو جنبه کاربردی و فیزیکی سازه پل ها مهم است. جنبه فیزیکی کارآیی لرزه ای توسط توابع شکنندگی لرزه ای - منحنی های شکنندگی - یا ماتریسهای احتمال خسارت تجهیزات حمل و نقل ارزیابی می شوند. احتمال خسارت سازه ای به سبب سطوح مختلف جنبش لرزه ای زمین، توسط منحنی های شکنندگی بیان می گردد.در این پژوهش نحوه تهیه منحنی های شکنندگی پلها توسعه داده شده و برای ارزیابی از عملکرد بهینه چنین منحنی هایی، آسیب پذیری لرزه ای یک پل واقع در شهرستان کرمانشاه به تقاطع غیر همسطح الهیه معروف می باشد.
برای مطالعه نتایج تحلیل، یک بسته نرم افزاری در متلب تهیه شده است. مدلسازی کامل پل با استفاده از مدل های غیرخطی سه بعدی و شش مولفه ای، به همراه مدلسازی کامل رفتار کوله ها، بالشتک ها، اثر سقوط عرشه از روی نشیمن و اندرکنش غیرخطی خاک- سازه از مزیت های این پژوهش نسبت به کارهای مشابه است. مطالعه روی منحنی های شاخص قابلیت اعتمادسازه ای از دیگر بخش های این پژوهش است که منحنی ها برای اولین بار ارایه می شوند. در نهایت روش و نحوه ارزیابی انجام شده جمع بندی و نتایج در قالب منحنی های آسیب پذیری و قابلیت اعتمادسازه ای برای دو شاخص خسارت معتبر ارایه و مقایسه شده اند.
کلید واژه: آسیب پذیری لرزه ای، پل های بتن آرمه، تحلیل غیرخطی، تحلیل شکنندگی، قابلیت اعتمادسازه ای
-1 مقدمه
پل ها از عناصر کلیدی بزرگراه ها بوده و خرابی آن ها می تواند منجر به بسته شدن خطوط ارتباطی گردد . از این رو به منظور عدم ایجاد وقفه و اختلال در عملیات امداد رسانی ، حفظ عملکرد مناسب پل ها پس از زلزله از اهمیت خاصی برخوردار است. با بررسی خرابی های ایجاد شده در زلزله های گذشته ، عملکرد قابل قبولی ارائه نشده است . و از طرفی پلها نقش حیاتی در عملیات امداد رسانی پس از زلزله دارند.که علاو بر این برای تامین نیازهای ضروری ، نظامی ، امنیتی و اقتصادی حفظ عملکرد مناسب پلها پس از زلزله مورد نیاز می باشد. جنبه فیزیکی کارآیی لرزه ای توسط توابع شکنندگی لرزه ای - منحنی های شکنندگی - یا ماتریسهای احتمال خسارت تجهیزات حمل و نقل ارزیابی می شوند. احتمال خسارت سازه ای به سبب سطوح مختلف جنبش لرزه ای زمین، توسط منحنی های شکنندگی بیان می گردد.
منحنی های شکنندگی ابزار مفیدی برای ارزیابی آسیب پذیری لرزه ایی می باشد . که علاوه بر استفاده در پروسه ی ارزیابی لرزه ای پل ها ، در طراحی پل ها نیز می تواند مورد استفاده قرار بگیرد.به اینصورت که طراحان پل با استفاده از شکنندگی های بدست آمده اثر تغییرات پارامترهای طراحی پل را در خسارت های مورد انتظار پس از زلزله مورد تحقیق و بررسی قرار می دهند که همین طور بهبود عملکرد لرزه ای پل پس از بهسازی لرزه ای پل با استفاده از منحنی های شکنندگی پل قابل بررسی است و می توان مناسب ترین گزینه بهسازی را انتخاب کرد. منحنی های شکنندگی احتمال تجاوز تقاضای سازه ای از ظرفیت سازه ای را نسبت به پارامتر شدت حرکت زمین بیان میدارند.
در حال حاضر منحنی شکنندگی، با استفاده از داده های تجربی از زلزله های گذشته - منحنی شکنندگی تجربی - ، قضاوت مهندسی و یا از طریق روشهای تحلیلی تهیه می شود. منحنی های شکنندگی تجربی، اغلب همرا با کمبود داده می باشند و فقط قابل استفاده در مناطق محدود هستند ولی ازآنجائی که منحنی های شکنندگی تجربی بر گرفته از مشاهدات خسارتهای ناشی از زلزله واقعی روی سازه هستند، نقش اجتناب ناپذیری در مطالعه روی منحنی های شکنندگی ایفا میکنند.منحنی های شکنندگی تجربی در صورت تعیین بر اساس داده های خرابی به تعداد کافی می توانند به عنوان معیار دربرآورد صحت منحنی های شکنندگی تحلیلی و آن دسته از منحنی های آزمایشگاهی که فقط تحت شرایط آزمایشگاهی ایجاد می شوند.
مورد استفاده قرارداده شوند. منحنی های که براساس قضاوت مهندسی تهیه می شوند، به تجربه متخصصین مربوطه، در مورد سازه ی مورد مطالعه وابسته هستند و عدمقطعیت زیادی دارند. منحنی شکنندگی که بصورت تحلیلیبدست می آیند اگر چه همراه با مدلها و روشهای ساده سازی شده ای هستند، اما این روش در نبود داده های حاصل از زلزله واقعی تنها روش قابل اطمینان بوده و نتایج آن بررسی های آزمایشگاهی همخوانی مطلوبی را نشان مدهد - نیلسن، - 2005 دربخشهای بعد توضیحات بیشتری درباره ی انواع منحنی شکنندگی داده خواهد شد.منحنی های شکنندگی برای برآورد خطر پذیری شریانهای شهری نیز کاربرد دارند. این منحنی ها برای ارزیابی پلها در پهنههای مختلف لرزه ای قابل استفاده هستند.
آنها سطح احتمال خرابی را در یک رده معینی از حالت حدی ارائه می دهند و می توان با تعیین آسیب پذیرترین پلها اقدام به مقاوم سازی آنهانمود. همچنین این منحنی ها در موسسات مدیریت دولتی و ادارات بیمه جهت برآورد میزان خرابی بعد از زلزله مورد استفاده قرار میگیرند، گفتنی است اغلب پلهای موجود در کشورمان برای
مقاومت در برابر شدت زلزله های بزرگ طراحی نشده اند و این در حالی است که بیشتر آنها تا کنون زلزله مهمی را تجربه نکرده اند و در نتیجه اطلاعات خرابی موجود برای این پلها کافی نیست، بنابراین لازم است تا این روش تحلیلی برای منحنی های شکنندگی این قبیل پلها استفاده نمود.
-2 مدل سازی اجزاء پل
پل بررسی شده در این کار یک پل بتنی چهار دهانه با پایه های چند ستونی می باشد که بعنوان نمونه ای از پل های بتنی متعارف شهری در نظر گرفته می شود و این پل در شهرستان کرمانشاه واقع و به تقاطع غیر همسطح الهیه معروف می باشد.که طول کلی پل 70 متر و عرض آن 20 متر می باشد که طول دهانه های کناری 15 متر و دهانه های میانی 20 متر مباشد دال عرشه بر روی تیر ها و تیر ها بر محور ستونها تکیه دارد و پایه های پل با مقطع دایره ای شکل به قطر 2/1 متر و ارتفاع متغیر از 9/4تا 25/5متر داردند مقاومت اسمی بتن برابر با 25 مگا پاسکال می باشد. در این پژوهش نمونه ای از پل های چهاردهانه ای بتنی به منظور ارزیابی آسیب پذیری مورد مطالعه قرارمی گیرد .
علت انتخاب این تیپ از پلها ی موجود در کشور،متداول بودن استفاده از آن است و نتیجه ایی که در باره ی وضعیت عملکرد این تیپ از پل با توجه به لرزه خیزی ایران گرفته شود، طیف وسیعی از پلهای مشابه در کشور را در برمی گیرد. در این بررسی ابتدا پس از مدل سازی پل بصورت سه بعدی در نرم ابزار SAP2000 و تحلیل دینامیکی تحت اعمال تاریخچه زمانی غیر خطی ، مقادیر نیاز و ظرفیت درمولفه های پل مقایسه و مهمترین مولفه های آسیب پذیر پل در ارائه منحنی شکنندگی در تعیین آسیب پذیری برآورد شده و سپس با اعمال تکنیک های آماری لازم بر روی داده ها، منحنی های شکنندگی پل تعیین شده است.به طور کلی این روش در چهار دسته قرار می گیرند.
-1 منحنی های شکنندگی تولید شده بر مبنای قضاوت کارشناسان
2 -منحنی های شکنندگی تولید شده بر مبنای داده های تجربی از زلزله های گذشته
- 3 منحنی شکنندگی حاصل از نتایج مدل های تحلیلی
4 -منحنی شکنندگی ترکیبی که با نرم افزار SAP2000 مدل سازی شده است.
در شکل 1 مقاطع پل موجود آورده شده است. جهان انتخاب شده است در جدول - - 1 مشخصات زلزله های انتخاب شده لیست شده اند.
-3 گامهای آنالیز شکنندگی
گامهای آنالیز شکنندگی پلها که در این مطالعه انجام شده است، در مراحل زیرین خلاصه می شود:
.1 انجام آنالیز دینامیکی غیرخطی المان محدود با استفاده از رکوردهای حاصل؛
.2 گرفتن نتایج خروجی، ضرایب شکل پذیری و بیشینه پاسخ سازه؛
. 3 تعیین توابع خسارت لرزه ای وابسته بر سطوح جنبشهای ورودی؛
.4 استخراج حالات خسارت و تعداد وقوع آنها در سطوح مختلف جنبش ورودی؛
.5 ایجاد منحنی های شکنندگی با فرض توزیع لوگ نرمال پارامترها...
-4 انتخاب رکورد زلزله
از رکورد های میدان زلزله برای تحلیل های تاریخجه زمانی غیر خطی استفاده گردید. زلزله های میدان دور با بزرگای لرزه ای بین شش و هشت فاصله کانونی بزرگ تر از هشت کیلومتر مد نظر قرار گرفتند. در این مطالعه 7 رکورد از زلزله های ایران و
