بخشی از مقاله
چکیده
معمولاﹰ پلها در مناطق زلزله خیز طوری طراحی می شوند که بیشتر انرﮊی زلزله و صدمات ناشی از آن در اعضای زیر سازه - مثل ستونها، پایه ها و تکیه گاهها - متمرکز می گرددکه موضوع مهمی را بخصوص برای پلهای فلزی قدیمی با زیر سازه های غیر شکل پذیر بوجود می آورد. برای استفاده مناسب از مزایای سازه فولادی پل، روش طراحی نوینی در برابر زلزله ارائه می شود که در آن با جایگزین نمودن دیافراگمهای فلزی در محل تکیه گاهها و پایه ها با دیافراگمهای تغییر شکل پذیر می توان از خسارات اساسی به زیر سازه جلوگیری نمود. هدف از این مقاله، معرفی مفاهیم بکار گرفته شده، پیشنهاد دیافراگمهای شکل پذیر برای طراحی لرزه ای پلهای فلزی - از نوع شاهتیر فولادی با دال بتنی - ،و بررسی مختصر نتایج آزمایشگاهی بر روی نمونه های ساخته شده از این دیافراگمها می باشد.
مجموعه آزمایشاتی بر روی نمونه های با مقیاس کامل از انتهای یک پل فلزی به دهانه ٤٠ متر انجام گرفت که در آنها از دیافراگمهای جانبی شکل پذیر به کمک EBFs ، ,SPS وTADAS - سیستمهای استهلاک انرﮊی زلزله - استفاده شده است. مطابق نتایج این آزمایشات، سختی ارتجاعی بالا و مقاومت زیادی جهت استهلاک انرﮊی هیسترزیس نشان داده شد.دیافراگمهای تغییر شکل پذیر در تغییرمکانهای جانبی زیاد، عمدتاﹰ به دلیل شکستن صفحات مقاوم در خمش، و یا از بین رفتن جان تیر ارتباطی - Link Beam - در برش و کمانش بالها صدمه دیدند. با این حال، اگرچه از تکیه گاه جانبی برای این نمونه ها استفاده نشده بود، نمونه های آزمایشی از خود ظرفیت شکل پذیری بالایی را نشان دادند.
کلید واﮊه ها: پلهای فولادی، زلزله، آسیب پذیری لرزه ای، دیافراگم شکل پذیر.
١- مقدمه
زلزلههای اخیر مانند نورتریج و کوبه بوضوح آسیب پذیری لرزه ای پلهای فولادی با زیرسازه های غیرشکل پذیر را نشان دادند. اگرچه به اجزای روسازه این پلها نیز خساراتی به صورت کمانش اعضا و شکست اتصالات مهاربندهای دیافراگم وارد شد - شکل ١ - ، لیکن آسیب وارده به قطعات زیرسازه از قبیل تکیه گاهها، پایه ها و پی ها عواقب وخیمتری را به همراه داشت و اغلب به انهدام دهانه پلها منجر گردید]٢و٣.[ لذا هنگامیکه طراحی لرزه ای پلهای جدید و یا مقاوم سازی لرزه ای پلهای موجود مطرح می باشد، توجه خاصی به این اجزای زیرسازه معطوف می گردد. در حال حاضر روشهای معمول برای بهسازی شامل مقاوم سازی اعضای غیرشکل پذیر موجود، افزایش ظرفیت شکل پذیری آنها، جایگزین نمودن آنها با اعضای مناسب جدید و یا کاهش نیروهای جانبی با روش جداسازی پی یا سایر شیوه های اصلاح سازه می باشد.
اگرچه همه این روشها راه حلهای مناسبی به حساب می آیند، ولی هیچیک از آنها از شکل پذیری روسازه متشکل از شاهتیرهای فولادی بهره نمی گیرد و حتی روش جداسازی پی که به عنوان یک ایده نوین و پرطرفدار سطح نیروهای زلزله را پائین می آورد تنها تغییراتی در تکیه گاهها ایجاد می کند. بعلاوه همه این روشها هزینه بالایی به طراحی و یا مقاوم سازی پل تحمیل می کنند و از نظر اجرائی نیز مشکلاتی را به همراه دارند.برای استفاده از مزایای شکل پذیری رو سازه فولادی پل، در اینجا یک روش طراحی و یا تقویت لرزه ای نوینی به کمک دیافراگمهای انتهایی تغییر شکل پذیر ارائه می شود. با جایگزین نمودن دیافراگمهای فلزی موجود در محل تکیه گاهها و پایه ها با دیافراگمهای تغییر شکل پذیر که قبل از رسیدن به مقاومت زیرسازه از حد جاری شدن می گذرد، می توان از صدمات اساسی به زیر سازه جلوگیری نمود.
تحقیقات اخیر موثر بودن روشهای استهلاک انرﮊی زلزله به صورت غیر فعال را نشان داده اند و تا به حال در برخی سازه ها بکار رفته اند. از میان آنها قطعات سختی و میرایی با صفحات فولادی مثلثی - ] - TADAS٥[ ، قابهای مهاربندی واگرا - EBF - و سیستمهای پانل برشی - - SPS از محبوبیت بیشتری در کاربردهای ساختمانی برخوردار شده اند. لیکن هنوز در پلها بکار نرفته اند که تا حدی بعلت فقدان ضوابط طراحی و مقاوم سازی لرزه ای در آئین نامه های پلها می باشد.هدف از این مقاله، ارائه مفاهیم بکار گرفته شده وشرح مختصرروش ساده طراحی گام به گام دیافراگمهای شکل پذیر برای طراحی و یا مقاوم سازی لرزه ای پلهای فلزی - از نوع شاهتیر فولادی با دال بتنی - ، بعلاوه بررسی بعضی نتایج آزمایشگاهی بر روی نمونه های ساخته شده از این دیافراگمها به منظور کنترل صحت عملکرد آنها می باشد.
٢- مفهوم طراحی لرزه ای
روش طراحی و یا بهسازی لرزه ای با دیافراگمهای انتهائی شکل پذیر که در اینجا ارائه می شود بر اساس طراحی ظرفیت توسعه یافته و موجب می گردد که تمام تغییر شکلهای غیرارتجاعی تنها در اعضای خاصی که قادرند همه انرﮊی لرزه ای را جذب نمایند رخ دهد. لذا نیروهای وارده از مقدار مشخصی که متناظر با شکل گیری رفتار پلاستیک است بیشتر نشده و سایر بخشهای سازه نیازی به داشتن جزئیات شکل پذیر نخواهند داشت. در واقع یکسری اعضای مخصوص شکل پذیر مانند فیوزهای سازه ای موجب حفاظت ظرفیتی سایر عناصر می شوند. با قرار دادن چنین فیوزهای سازه ای در دیافراگمهای انتهائی روسازه فولادی می توان از خسارات اجزای غیرشکل پذیر زیرسازه مثل تکیه گاهها، پایه ها و پی جلوگیری نمود. بنابراین دیافراگمهای انتهائی بایستی طوری طراحی شوند که رفتار شکل پذیر و منحنی های هیسترزیس پایدار در حدود بارهای از پیش تعیین شده کوچکتر از محدوده نیروهای متناظر با آسیبهای غیرقابل قبول در زیرسازه باشد - شکل ٢ - .
٣- بررسی تحلیلی و روش طراحی
به منظور تامین نتایج محاسباتی بهتر و شکل گیری یک روش طراحی ساده، از یک مدل دوبعدی ساده شده برای بررسی رفتار سه بعدی پلهای فولادی استفاده گردید. این مدل پیشنهادی از دیافراگم انتهائی شکل پذیر، طول محدودی از دو شاهتیر فولادی با تقویت کننده های تحمیلی که به صورت اعضای خمشی مسطح مدل شده، طول مشخصی از دال بتنی مسلح و سیستم جرم/فنر کوچکی در تراز عرشه برای در نظر گرفتن اثرات جرم و سختی تعمیم یافته تشکیل می شود.مدل دو بعدی مزبور نه تنها می تواند بطور مستقیم در تحلیل کامپیوتری بکار رود، بلکه به سهولت برای محاسبات دستی نیز قابل استفاده است. اطلاعات تکمیلی در مورد اثر سختی شاهتیر فولادی و
