بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به تعیین شتاب قائم عرشهی پل معلق، تحت اثر همزمان زمینلرزه و عبور وسایل نقلیه، پرداخته میشود. دهانهی میانی یک پل معلق، به شکل یک تیر سادهی دوسر مفصل الاستیک با مشخصات ثابت در طول تیر، مدل میشود. این پل تحت اثر حرکت قطار سریعالسیر فرضی با سرعت ثابت، که به شکل بارهای متمرکز پشت سرهم با فاصلههای برابر و مقادیر مساوی، مدل شده است، قرار میگیرد و به طور همزمان پایههای میانی پل تحت اثر مؤلفهی قائم زمینلرزه قرار میگیرند و اثر همزمان این دو بر روی شتاب قائم عرشهی پل تعیین میشود.
همچنین فرض میشود که شتاب، جابجایی و سرعتی که از جانب زمینلرزه به پایههای پل میرسد، یکنواخت است. تئوری مورد استفاده در نوشتن معادلهی حاکم بر پل معلق، تئوری تغییرشکل خطیشده است. برای حل مسأله، معادلهی تعادل در راستای قائم، برای پل معلق نوشته میشود. با توجه به اینکه شرایط مرزی برای پل وابسته به زمان میباشد، بنابراین از شیوه گسستهسازی برای حل معادله استفاده میگردد. بدین ترتیب که پاسخ نهایی پل، به دو قسمت دینامیکی و شبهاستاتیکی تقسیم میگردد و هرکدام به طور مجزا حل میشوند. با توجه به نتایج به دست آمده از برنامه، تأثیر پارامتر مقدار نیروهای عبوری، در بیشینهی شتاب عرشهی پل معلق بررسی میشود.
.1مقدمه
پل سازهای است که برای عبور از موانع فیزیکی از جمله رودخانهها و درهها استفاده میشود. یکی از انواع پلها، پل معلق میباشد که به دلیل قابلیت ساخت در دهانههای بسیار طولانی، هر روزه بیشتر مورد توجه قرار میگیرد. منظور از دهانههای بسیار طولانی، به طور تقریبی و به پیشنهاد مقالات، کتب و با بررسی عوامل اقتصادی در ساخت پل، دهانههای بالای 1000 متر میباشد
طبق تعریف آییننامهی اتحادیهی بینالمللی راهآهنها که با نام لاتین شناخته میشود، کلیهی قطارهایی که با سرعتی بین 120 الی 200 کیلومتر بر ساعت حرکت میکنند، قطارهای سریع نامیده میشوند؛ همچنین قطارهایی که با سرعتی بالغ بر 200 کیلومتر بر ساعت حرکت میکنند، قطارهای خیلی سریع نامیده میشوند. این تعریف از سال 1976 میلادی تاکنون دارای اعتبار است
پلهای معلق معمولا بر روی دهانههای طولانی ساخته میشوند و همواره تحت اثر بار مرده، بار زنده، جابجایی لرزهای پایهها، تغییرات دمایی، وزش و باد و سایر نیروها قرار دارند. مطالعهی دینامیکی پلهای معلق از آنجا آغاز شد که در سال 1940 میلادی، پل معلق تاکوماناروز واقع در ایالات متحده امریکا، بر اثر وزش باد گسیخته و متلاشی شد. بعد از این حادثه، پایداری دینامیکی پل-های معلق بسیار مورد توجه قرار گرفت.
پلها سازههای تغییرشکل پذیری هستند. تغییرشکل پلها به ویژه برای عبور قطار با سرعتهای زیاد و خیلی زیاد، باید با دقت زیاد کنترل شود. نشریهی در مورد ملزومات طراحی پلهای راهآهن با رویکرد بررسی اندرکنش پل- ریل- قطار میباشد. به بیان سادهتر، این نشریه معیارها و ضوابطی را مطرح میکند، که سازهی پل عملکردی مطلوب داشته باشد و شاید بتوان گفت که این نشریه بیشتر به ضوابط بهرهبرداری پرداخته است.
یکی از مواردی که در این نشریه مطرح میگردد، شتاب قائمی است که عرشهی پل در حین عبور بار تجربه میکند. شتاب قائم پل به عنوان پارامتر بهرهبرداری و همچنین عامل ایمنی کنترل میگردد. در خطوط دال، شتاب عرشهی پل باید کمتر از 4.9 متر بر مجذور ثانیه بماند. شتاب بیشتر از این مقدار موجب میشود که قطار از ریل خارج شود. این مطالب از آن جهت بیان شد که درک مناسبی از اهمیت شتاب قائم، در آنالیز دینامیکی اندرکنش پل و قطار به دست آید.
اگرچه قطارهای سریعالسیر به جهت ماهیت مسافربری، لزوما سنگینتر از قطارهای عادی نبوده و عموما سبکتر میباشند، لیکن سبکتر شدن پلها از یک سو و سرعت بیشتر و تعداد بارهای تکرارشونده از سوی دیگر، منجر به پیچیدهتر شدن طراحی پلها می-شود. هنگامی که نیروی وارد بر محورها به صورت تکرارشونده در بازههای زمانی منظم اعمال میشود، ممکن است فرکانسهای نیروی چرخ وارده و پل برابر شوند و تشدید ارتعاش را در پل به وجود آورند. گفتنی است که این تشدید، اثر خود را در شتاب قائم عرشه نیز نشان میدهد و کنترل محدودهی شتاب عرشه، به هنگام عبور قطار سریعالسیر اهمیتی دوچندان مییابد.
در ادامه مقالات و تحقیقاتی که در این زمینه ارائه شدهاند، به اختصار مرور میشود. به طور کلی تحقیقات در این زمینه را می-توان به سه قسمت تقسیم کرد.
.1 آنالیز پلها - شامل پلهای معلق - تحت اثر عبور بار متحرک به تنهایی
.2 آنالیز پلها - شامل پلهای معلق - تحت اثر زمینلرزه به تنهایی
.3 آنالیز پلها - شامل پلهای معلق - تحت اثر همزمان زمینلرزه و عبور بار متحرک
هایاشیکاوا و واتانابه در سال 1982میلادی، چند پل معلق تک دهانه را تنها تحت اثر بار متحرک آنالیز کردند. 3 ] عبدالغفار و استرینگ فلو در سال 1984 میلادی، پل معلق مشهورگلدن گیت را مورد بررسی قرار دادند. این پل تحت تنها تحت اثر امواج زمین-لرزه مورد بررسی قرار گرفت.>9@ فریبا و یاو در سال 2009، ارتعاش قائم طویلترین پل معلق دنیا را با طولی بیش از 3000 متر، تحت اثر همزمان عبور بار متحرک و زمینلرزه بررسی کردند
.2معرفی مسأله
جهت بررسی پل معلق تحت اثر همزمان عبور بار و زمینلرزه، از پل معلق با ویژگیهای جدول - - 1 استفاده میشود. در شکل - - 1، نمایی از پل معلق، تأثیر مؤلفهی قائم زمینلرزه و بارهای عبوری از روی آن دیده میشود.
جدول -1 مشخصات پل معلق مورد بررسی در این مقاله2]
شکل -1 نمایی از پل معلق و بارهای عبوری
همانطور که ملاحظه میشود، یک پل دوسر مفصل الاستیک خطی اویلر- برنولی به طول ، توسط تعدادی آویز قائم از کابل اصلی معلق شده است. مشخصات پل در طول آن ثابت میباشد. پل معلق مذکور، تک دهانه، دارای سختی ، ضریب میرایی و جرم در واحد طول میباشد. کابل اصلی دارای سختی محوری میباشد. پایههای اصلی برج صلب و تغییرشکل ناپذیر فرض میشوند. همچنین فرض میشود که فقط نیروی محورهای وسیلهی نقلیهی عبوری از روی تیر، بر آن وارد میشود.
هریک از پایههای پل در اثر زمینلرزه، دارای شتاب، سرعت و جابجایی در راستای قائم هستند. مقادیر و جابجایی
قائم ناشی از زمینلرزه هستند. در این پژوهش از حرکات افقی پایهها صرفنظر میگردد. در این مقاله فرض میشود که حرکت هر دو پایه با هم مساوی باشد. این حالت را حرکت یکنواخت پایهها یا حرکت همفاز میگویند.
.3معادلهی حاکم بر مسأله
در این مقاله از فرضیات زیر استفاده میشود
.1 کل بار مردهی پل معلق - ناشی از وزن سازه،روسازی و غیره - ، توسط آویزها به کابل اصلی منتقل میشود و تا قبل از ورود بار زنده روی پل، در عرشهی پل هیچگونه تنشی وجود ندارد.
.2 تصویر افقی کل بار مردهی پل، به صورت یکنواخت روی کابل اصلی توزیع شده است. دلیل سهمی بودن شکل کابل اصلی نیز، همین توزیع یکنواخت میباشد.
.3 کلیهی آویزها به صورت یکنواخت و بسیار نزدیک به هم توزیع شدهاند. به واسطهی همین فرض است که میتوان توزیع بار روی کابل اصلی را یکنواخت و گسترده در نظر گرفت.
