تحلیل لرزه ای پل های بتن مسلح عرشه فولادی
عرشه فولادی و بتن مسلح
عرشه فولادی سازه‌ای تشکیل شده از ورق‌های فولادی موجدار است که به منظور ساخت سقف و کف ساختمان مورد استفاده قرار میگیرد. سقف عرشه فولادی، نوعی از سقف‌های کامپوزیت است که با استفاده از ورق‌های فولادی موجدار گالوانیزه و بتن مسلح ساخته میشود
پلها به عنوان یکی از مهمترین زیر ساخت‌های کشور محسوب شده و در طول بهره‌برداری تحت تاثیر فرسودگی و خرابی‌های ناشی از محیط قرار دارند.
یکی از مهمترین عوامل تهدیدکننده و خرابی پلهای زلزله می‌باشد. باتوجه به این مساله بررسی شرایط لرزهای پلها برای دست‌یابی به شناخت آنها مبنی بر بررسی محدوده حدتحمل پلها و همچنین شناخت رفتار لرزهای پلها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
لذا تحقیق حاضر با هدف بررسی و تحلیل لرزهای پلهای بتن مسلح عرشه فولادی در شرایط لرزهای معین شکل‌گرفته است. روش تحقیق نوشتار حاضر از نظر ماهیت تحلیلی و از نظر اهداف از انواع تحقیقات کاربردی محسوب میشود. تحقیق پیشرو در گام نخست به انجام مطالعه متون و تحلیل محتوای کیفی و در گام دوم به بررسی مسائل از لحاظ کمی پرداخته است.
با استفاده از نرم‌افزار ABAQUS مدل تحقیق شبیه‌سازی و به بررسی رفتار لرزهای آن تحت شرایط لرزهای معین و مشخص پرداخته شده است. نتایج تحقیق نشان میدهد که وجود دو عضو ورق تحتانی و دال‌بتنی در سقف با عرشه فلزی در پلهای بتنی موجب ایجاد اندرکنش در این دو عضو با هم و همچنین ایجاد اندرکنش دیگری بین عرشه با پایه‌های پل میشود که در نتیجه تحلیل این نیروها سازه تحت نیروهای وارده از جمله نیروهای جانبی با جابه‌جایی‌هایی همراه است. میزان جابه‌جایی ناشی از اعمال بار جانبی به عرشه پل در بیشترین مقدار به 9 سانتی‌متر رسید که در نقاط
بالایی عرشه اتفاق می‌افتد.
همچنین بیشترین مقادیر تغییر شکل‌ها در میلگردها و همچنین در محل‌های اتصال عرشه با پایه‌ها دیده میشود که ناشی از وجود نیروی برشی ناشی از نیروی جانبی اعمالی در محل اتصال صفحه‌فلزی عرشه‌پل با دال بالایی است.
از بررسی نتایج شبیه‌سازی مشخص گردید به منظور بالا بردن میزان انرژی جذب شده در سیستم استفاده از برشگیرها در صفحه بین سطح بالایی صفحه‌فلزی عرشه و دال بتنی کاملا ضروری به نظر می‌رسد. این ضرورت در محل‌های اتصال بین پایه‌ها و عرشه بیشتر تشخیص داده شد.
دستگاه های نظارتی و پیمانکاران به وجود آمده که خود عامل مهمی در برآورده نشدن کیفیت مناسب در هنگام اجرای سازه ها شده است.
البته این نکته نیز دور از ذهن نماند که گاهی اوقات نیز فاصله مذکور بطور معکوس و به دلیل عدم آگاهی بخش طراحی از روشها و ظرفیت های موجود در صنعت ساخت و سازیه طرح هایی با قابلیت های اجرایی پایین ختم گردیده است (ضمیری اخلاقی، ۱۳۹۲).
در دهانه های عریض که امکان ساخت پل به شیوه های سازه ای مختلف وجود ندارد استفاده از پل های بتنی صلح عرشه فلزی گزینه مناسبی محسوب میشود اکثر این پلهای در جاده ها و مسیرهای شریانی ساخته می شود و نقش بسزایی در حمل و نقل و ارتباط ایفا میکنند.
در همین راستا در این تحقیق که با هدف ارزیابی لرزه ای پلهای بتن مسلح عرشه فلزی صورت میگیرد بنا است بعد از ارزیابی سطوح مختلف عملکرد و شرایط آسیب پذیری پلهای بتن مسلح عرشه فلزی عملکرد لرزه ای آن در شرایط لرزه ای معین مورد بررسی قرار گیرد و ضمنا معرفی بازه تحمل پل برای پایداری از فروریختگی، پیشنهاداتی نیز در راستای بهسازی آن ارائه خواهد شد.
برای تحقیق این امر تعیین سطح عملکرد پل ها در در شرایط لرزه ای و متناظر با از دست رفتن خدمات رسانی پل آسیب شدید لرزه ای یا فروریزه ای برای یک زمین لرزه با سیح معین در نرم افزار آباکوس مدل سازی میشود. سپس اهداف مورد نظر تحقیق در شبیه سازی دنبال می شود.
۲-۱- ضرورت و اهمیت موضوع تحلیل لرزه ای و بتن مسلح عرشه فولادی
پل ها به عنوان یکی از مهمترین زیر ساخت های کشور محسوب شده و در طول بهره برداری تحت تاثیر فرسودگی و خرابی های ناشی از محیط قرار دارند.
یکی از مهمترین عوامل تهدید کننده و خرابی پل های زلزله می باشد نیک نژاد (۱۳۹۵) با توجه به این مساله بررسی شرایط لرزه ای پلها برای دست یابی به شناخت آنها مبنی بر بررسی محدوده حمد تحمل پلها و همچنین شناخت رفتار لرزه ای پل ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
زلزله و اثر ویران کننده آن نیز بر روی پلها از مسائل مهم احداث این سازه ها و بهره برداری از آنها به شمار میرود. (2004 ,Itani and Carden از این رو قبل از احداث پل باید منطقه مورد نظر از لحاظ زلزله خیزی مورد بررسی قرار گیرد تا بر آن اساس یا در آن محل به علت امکان وقوع زلزله های خطرناک پل احداث نشود و یا اگر شرایط منطقه از لحاظ زلزله خیزی به گونه ای است که امکان احداث پل وجود دارد، باید سازه چنان ساخته شود که زلزله هایی که امکان وقوع آنها برآورد شده قادر به وارد کردن آسیب به آن نباشد.
۱-۳-۱- هدف کلی
بررسی و تحلیل لرزه ای پلهای بتن مسلح عرشه فولادی در شرایط لرزه ای معین
۲-۳-۱- اهداف جزئی
تعیین سطح عملکرد پل های بتن مسلح عرشه فولادی در شرایط لرزه ای معین
بررسی نوع آسیب وارده لرزه ای یا فروریزه ای در شرایط لرزه ای معین
اندازه گیری نوع آسیب وارده پس از زمین لرزه
اتخاذ تصمیم مبنی بر بهسازی بعد از زلزله در پلهای بتن مسلح عرشه فولادی
عملکردی پلهای بتن مسلح عرشه فولادی در شرایط لرزه ای معین چگونه است؟
١-٤-٢- سوالات فرعی
عملکرد پلهای بتن مسلح عرشه فولادی در شرایط لرزه ای متفاوت (معین) چگونه است؟
انواع آسیب وارده شامل لرزه ای یا فروریزه ای در چه شرایط لرزه ای بوجود می آید؟
بهاری در پلهای بتن مسلح عرشه فولادی باید طبق چه فاکتورهایی انتخاب شوند؟
با تعیین سطح عملکرد پلهای بتن مسلح عرشه فولادی در شرایط لرزه ای معین می توان عملکرد و رفتار لرزه ای این پل ها را برای شرایط لرزه ای مختلف مشخص نمود
انواع آسیب وارده شامل لرزه ای یا فروریزه ای را میتوان با بررسی سطح عملکرد این پل ها اندازه گیری نوع اتخاذ تصمیم پس از حادثه مینی چگونگی بهسازی در پلهای بتن مسلح عرشه فولادی تابع میزان توان و عملکرد آن پل است.
مقدمه
در فصل حاضر ابتدا به بررسی مبانی و چهارچوب نظری تحقیق پرداخته شده است در این راستا به کلیه نکات مهم و قابل توجه تحقیق به صورت اختصار پرداخته شده است.
در این راستا سعی شده تعاریف، انواع و ویژگی های پل ها و …. با توجه به شناخت آنها برای محققین به صورت خلاصه واز توضیح داده شود. در گام دوم نیز به صورت اختصاصی به بحث پل های فولادی پرداخته شده است و در پایان نیز بر تحقیقات انجام شده در راستای تحقیق حاضر توجه شده است.
۱-۲- زمین لرزه یا زلزله
در فرهنگ تک جلدی عمید زلزله را با فتح حروف زا و ل یعنی زلزله بر خلاف آنچه در زبان عامه مردم زمین لرزه لرزش و جنبش شدید و یا خفیف قشر کره زمین که به نقصان درجه حرارت مواد مرکزی واحدات چین خوردگی و فشار یا در اثر انفجارهای آتشفشانی یوقوع می رسد (عمید، ۱۳۹۰)
جنیش یا تکان پوسته زمین که به صورت طبیعی ناشی از زیر پوسته زمین است بعضی وقت ها زلزله باعث تغییراتی در سطح زمین می شود، اما اغلب زبان بوجود آمده ناشی از تکانها فقط محسوس است و ممکن عادی است و اغلب قبل و یا همزمان با انفجار اتفاق می افتد.
اصل زلزله تکتونیکی است و احتمالاً وجود یک شکست لازمه آن است.
موج های زلزله دست کم در سه جهت اتفاق می افتد و در یک مسافت قابل ملاحظه از مکان اصلی بطور جداگانه حبس می شوند. وقتی امواج زلزله از مکانی می گذرد زمین و ساختمان ها می لرزند و به جلو و عقب می روند. بالاترین زبان ناشی از زلزله همیشه در مرکز زلزله یعنی جانی که حرکت بالا و پائین است نیست اما در مکان هایی که موج های زلزله بصورت مایل به سطح می رسد و نزدیک مرکز زلزله باشند دارای بالاترین زبان می باشند.
یک زلزله شدید معمولاً بوسیله یکسری دیگر از تکان ها همراه میشود.
زلزله ای که که در نزدیک یا زیر در یا اتفاق می افتد سبب حرکات شدید آنها شده و بعضی وقت ها امواج بزرگی از آن ناشی میشود و در مسافت زیاد این امواج ادامه پیدا می کنند و گاه گاهی باعث تلفات جبران ناپذیر و مرگ و میر میشوند.
طغیان نواحی ساحلی بیشتر از خود زلزله باعث خسارت میشوند در نواحی آتشفشانی زلزله عملاً هر روز اتفاق می افتد. به عنوان مثال در هاوانی هر ساله صدها تکانهای کوچک ثبت می شوند (مومنی، ۱۳۸۹)
در فرهنگ گیتاشناسی تالیف عباس جعفری (۱۳۸۶) آمده است: جنبش سریع و محسوسی که در نتیجه جابه جایی و یا جایگیری تخته سنگهای زیر پوسته زمین پدید می آید در نتیجه این جنبش یک سری لرزش های موجی شکل پدید می آید و گاه تغییرات ارتفاعی پوسته زمین را باعث میگردد.
و اغلب ضایعات و زیانهای جانی و فراوانی از خود برجا می گذارد زمین لرزه بیشتر مخصوص نواحی آتشفشانی بوده و گاه با خروش و فوران کوه های آتشفشانی همراه میگردد و در حالات شدید شکست ها و بریدگی های مهم و مشخص در روی پوسته زمین از خود بجای می گذارد. غالب زمین لرزه ها حداقل یا سه نوع موج لرزاننده همراه است.
در مرکز وقوع زمین لرزه سه موج مزبور بطور همزمان اثر گذارده و ساختمانها و تأسیسات واقع در این منطقه را با نوسانهای شدید به عقب و جلو و می برد و حد اکثر خسارت و زبان در محلی که امواج مزبور بطور مورب به سطح زمین می رسند وارد می سازد (جعفری، ۱۳۸۶).
زمین لرزه عبارت است از حرکات و لرزشهای ناگهانی و گذرا در زمین که از ناحیه محدودی منشأ می گیرد و از آنجا در تمام جهات منتشر میشوند صداقت، (۱۳۹۱)
در کتاب فیزیکال جنوگرافی آمده است:
زلزله یکسری از تکانها ولرزشهای ناگهانی که از آزاد شدن فشار در طول گسل های فعال و در مناطق آتشفشانی فعال ناشی می شود. تکان ها و لرزشهای سطح زمین که در ارتباط با حرکات پوسته زمین در زیر همچنین در فرهنگ آکسفورد آمده است که زلزله حرکات ناگهانی و شدید سطح زمین است.
از تعاریف ذکر شده در فوق و منابع دیگر می توان برداشت زیر را نمود.
زلزله عبارت از حرکات و ارتعاشات با گهانی سطح زمین ناشی از شکسته شدن سنگ های پوسته زمین و رها شدن انرژی ذخیره شده در آنها است که در صورت شدت زیاد در مراکز انسانی موجب خسارت ها و زبانهای فراوان می شود (عمید، ۱۳۹۰)
زلزله از یکطرف موجب شکسته شدن و جابه جایی بین توده های سنگی پوسته زمین می شود و از طرف دیگر همین جابه جایی و شکسته شدن منجر به ایجاد امواج و انتشار در درون زمین میشود، مانند انداختن قطعه سنگی در حوض یا دریاچه که منجر به ایجاد امواجی می شود.
زلزله مانند شکسته شدن قطعه چوب خشک شده ای می ماند که از یکطرف موجب گسیخته شدن چوب و از Paolacci, Giannini & Alessandri, 2012( طرف دیگر موجب انتشار امواج در اطراف خود میشود زمین لرزه یا زلزله لرزش و جنبش زمین است که به علت آزاد شدن انرژی ناشی از گسیختگی سریع در گسل های پوسته زمین در مدتی کوتاه روی میدهد. محلی که منشأ زمین لرزه است و انرژی از آنجا خارج می شود را کانون ژرفی و نقطه بالای کانون در سطح زمین را مرکز سطحی زمین لرزه می گویند.
پیش از وقوع زمین لرزه اصلی معمولاً زلزله های نسبتاً خفیف تری در منطقه روی می دهد که به پیش لرزه معروف اند. به لرزشهای بعدی زمین لرزه نیز پس لرزه میگویند که با شدت کمتر و با فاصله زمانی گوناگون میان چند دقیقه تا چند ماه رخ می دهند (آیزاک، ۱۳۸۱)
زمین لرزه نتیجه رهایی ناگهانی انرژی از داخل پوسته زمین است که امواج ارتعاشی را ایجاد می کند. زمین لرزه ها توسط دستگاه زلزله سنج یا لرزه نگار ثبت میشوند.
مقدار بزرگی یک زلزله متناسب با انرژی آزاد شده زلزله است. زلزله های کوچک تر از بزرگی ۳ ریشتر اغلب غیر محسوس و بزرگتر از ۶ ریشتر خسارت های جدی را به بار می آورند البته ریشتر که هر واحد اضافه آن حدوداً ده برابر قبلی است (مثلاً ۵ نسبت به (۶) فقط واحد اندازه و شدت انرژی تخلیه شده است اما عوامل متعدد دیگری از فاصله گرفته (عمق بیشتر تأثیر کمتر از زیر ده کیلومتر تا ۷۰۰ کیلومتر همین طور فاصله بیشتر افقی از رومرکز تا جهت لرزش (عمودی یا ضربه ای و نوع طول موج لرزش (فاصله جابجایی مکانی رفتی و برگشتی در هر لرزش در میزان تخریب تأثیر دارند.
امواج زلزله سه نوع P و S امواج (بدنی و سطحی دارند که نوع P که اول می آید به امواج فشاری یا طولی مشهور است زیرا امواجش ضربه ای بوده و در جهت انتشار می لرزانند.
مانند بازی کشیدن طناب و در پوسته زمین با سرعت ۱٫۵ تا ۸ کیلومتر در ثانیه پیش می روند برعکس امواج 5 یا امواج قیچی تا ۱۰۷ بار سرعتشان کمتر است و در جهت عمود بر خط انتشار می لرزانند (مانند تکاندن سفره اما نمی توانند از مایعات مثلاً آب یا سنگ مذاب مثل هسته بیرونی زمین رد شوند.
زمین لرزه شدید در عمق با زاویه ای ۱۰۵ درجه نواحی سطحی را می لرزاند و نواحی و رای این زاویه منطقه سایه نامیده می شوند و از این رو تجربه نشان داده که امواج P فشاری نسبت به S دامنه بسیار وسیع تری از منطقه سایه را پوشش می دهند و موج P میتواند با تغییر جهت و گذر از گوشته یا هسته بیرونی زمین منطقه ای بسیار دور از رو مرکز را بلرزاند (مور، (۱۳۸۳)
در نزدیکی سطح زمین زلزله به صورت ارتعاش یا گاهی جابجایی زمین نمایان می شود. زمانی که مرکز زمین لرزه در داخل دریا باشد در صورت تغییر شکل زیاد و سریع بستر دریا باعث ایجاد سونامی می شود.
که معمولاً در زلزله های بزرگتر از بزرگی هشت ریشتر اتفاق می افتد. ارتعاشات زمین باعث ریزش کوه و )Hongyi, Wang and Feng )2011( همین طور فعالیتهای آتشفشانی میشوند.
در حالت کلی کلمه زمین لرزه هر نوع ارتعاشی را در بر میگیرد چه ارتعاش طبیعی چه مصنوعی توسط انسان که موجب ایجاد امواج ارتعاشی میشود. زمین لرزه ها اغلب نتیجه حرکت گسل ها هستند، و همین طور میتواند حاصل فعالیتهای آتشفشانی ریزش کوه ها انفجار معدنها و آزمایش های هسته ای باشد.
نقطه آغازین شکاف لرزه را کانون مینامند.
۲-۲- پل
پل سازه ای است که دو مکان را به هم متصل می کند.
در تعریف قدیمی چنین می گفتند که پل طاقی است بر روی رودخانه دره، یا هر نوع گذرگاه که
پل یک سازه است که برای عبور از موانع فیزیکی از جمله رودخانه ها و دره ها استفاده می شود. پل های
متحرک نیز جهت عبور کشتی ها و قایقهای بلند از زیر آنها ساخته شده است ستوده بیدختی، (۱۳۹۴).
در اینجا با توجه به اشرافیت عامیه در رابطه با تعاریف نوع و خصوصیات پلها سعی شده تا بطور اجمالی
۱-۲-۲- انواع پلها
۱-۱-۲-۲- انواع پلها از لحاظ عملکرد
الف) پل مسطح
ساده ترین نوع پل است که اجزای اصلی آن عبارتند از یک ورقه مسطح و پایه هایی است که در طول پل مستقر شده اند و وزن پل و بار روی پل را به زمین منتقل می کنند. این پلها به علت طراحی ساده و اولیه ای که دارند و مصالح کمی که در فواصل کوتاه لازم دارند به تعداد زیاد در روستاها مورد بهره برداری قرار می گیرند.
