وبلاگ

تقریباً در تمامی زلزله­های بزرگ، تخریب پل­ها در اثر فروریزش و تخریب پایه­ها مشاهده شده است. آسیب دیدگی پل­ها در زلزله­های سال 1994 نرتریج و سال 1995 کوبه به همگان ثابت کرد که معیار مقاومت به تنهایی هرگز برای تضمین ایمنی پل­ها و عملکرد مناسب آن­ها در حین زلزله کفایت نمی­ کند. تا به­حال تحقیقات بسیاری با هدف یافتن روش­های منطقی برای محافظت پل در زلزله­های شدید انجام شده است که در این میان جداسازی لرزه­ای راه حلی مناسب برای کاهش نیروهای ناشی از زلزله تا حد ظرفیت الاستیک اعضای سازه می­باشد. بدین ترتیب اعضای سازه پل از ورود به ناحیه غیرخطی مصون مانده که این به معنای سالم ماندن سازه پل در حین زلزله می­باشد.
ایده اصلی در جداسازی لرزه­ای، کاهش فرکانس پایه ارتعاش سازه و رساندن آن به مقداری کمتر از فرکانس­های حاوی انرژی غالب زلزله می­باشد. به بیانی دیگر، جداسازی لرزه­ای موجب افزایش پریود ارتعاشی سازه می­ شود و آن را از پریودهای حاوی انرژی غالب زلزله دور می­ کند. بدین ترتیب انرژی ورودی به سازه ناشی از زلزله با جداسازی لرزه­ای کاهش می­یابد. دیگر مزیت جداسازی لرزه­ای فراهم نمودن وسیله­ای جهت اتلاف انرژی می­باشد که انرژی وارد شده به سازه در نقاط معدود و به­صورت کنترل شده تلف شود. بدین ترتیب تخریب و آسیب دیدگی در نقاطی خاص متمرکز شده و امکان تعویض این قطعه پس از زلزه وجود خواهد داشت.
در حال حاضر پل­های بزرگراهی ایران دارای سه نوع عمده تکیه­گاه فلزی، بتنی و الاستومری می­باشند که از میان تکیه­گاه­های الاستومری به دلایل فنی و اقتصادی ذکر شده در ذیل بخش عمده­ای از تکیه­گاه­های پل­ها را تشکیل می­دهند:

1. دارای وزنی سبک بوده و به راحتی نصب می­شوند علاوه بر این، فضای کمی را اشغال می­ کنند.

1. نیاز به تعمیرات ندارند.

1. دچار زنگ زدگی نمی­شوند و دارای قطعات متحرک نیستند.

1. با سطوح نامنظم تماس خوبی برقرار می­ کنند.

1. در هر دو جهت امکان تغییرشکل و حرکت دارند.

1. میرایی ارتعاشی خوبی دارند.

1. صرفه­جویی اولیه و دراز مدت در هزینه و زمان دارند.

1. در برابر هوازدگی مقاومت خوبی دارند.

1. در برابر مواد نفتی و شیمیایی از مقاومت خوبی برخوردارند.

 
1-2 بیان مسئله
اما آیا این جداگرهای الاستومری می­توانند نقش یک جداگر لرزه­­ای را درحین زلزله برای افزایش پریود سازه پل و اتلاف انرژی زلزله در داخل خود بازی کنند؟

جواب این سوال نیاز به تحقیقات بیشتر و انجام تست­های آزمایشگاهی و مدل­سازی­های تحلیلی اجزاء محدودی دارد که همراه با درک و شناخت کافی از رفتار الاستومرها و مدل­سازی آن­ها می­باشد که متاسفانه تا به­حال در کشور انجام نگرفته است. در واقع بررسی کفایت تکیه­گاه­های الاستومری جهت جداسازی لرزه­ای و مطالعه رفتار و عملکرد لرزه­ای آن­ها در حین وقوع زلزله امری واجب بوده که بایستی به آن اهتمام ورزید.
متاسفانه در آزمایش­های انجام شده بر روی تکیه­گاه پل­ها، تنها هدف به­دست آوردن مدول برشی الاستیک (اولیه) نشیمن در دو جهت طولی و عرضی و سفتی فشاری آن­ها بوده است. لذا این آزمایش­ها به هیچ عنوان اطلاعاتی در مورد رفتار غیرخطی این نشیمن­ها در اختیار قرار نمی­دهند. این در حالیست که حتی استاندارد ملی ایران شماره 6583 با عنوان ((لاستیک- بالشتک­های زیرسری پل- ویژگی­ها و روش­های آزمون)) با ذکر روشی مطابق با استاندارد ISO 6446 و DIN 4114-140 نحوه به­دست آوردن منحنی تغییرات تنش برشی بر حسب کرنش برشی برای نشیمن­ها را بیان می­ کند.
در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی خواص جداگرهای الاستومتری که امکان ساخت و تولید انبوه آن­ها در کشور وجود دارد پرداخته و همچنین مبانی طراحی این جداگرها را بر طبق آیین نامه آشتو که متداول­ترین آیین نامه در زمینه طراحی پل­ها می­باشد، ارائه داده و با اعمال این جداگرها به چندین پل موجود، تاثیر پارامترهای مختلف این جداگرها مانند میزان سختی اولیه، سختی ثانویه و نیروی تسلیم آن­ها در بهبود رفتار لرزه­ای پل­ها بررسی عددی خواهند شد. علاوه بر آن به بررسی تاثیر زمین لرزه‌های نزدیک گسل و دور از گسل بر پل‌های جداسازی شده خواهیم پرداخت و در نهایت با بهره گرفتن از میراگرهای الحاقی سعی در بهبود پاسخ پل‌های جداسازی شده خواهیم داشت.
 
1-3 اهداف تحقیق
جداگرها با تغییر طبیعت ارتعاشی پل­ها، سطح نیروهای جانبی ناشی از زلزله را پایین آورده و با انحراف و جذب عمده انرژی ورودی زلزله، از اجزای زیرسازه پل محافظت می­نمایند که به این توانایی مهم جداگرها در کسب ضریب مناسب برای حفاظت پایه، جز با طراحی دقیق آن­ها نمی­توان دست یافت.
هرچه پل دارای سختی جانبی بیشتری باشد، مانند پل­های با دهانه کوتاه تا متوسط که روی پایه­ های کوتاه قرار داشته باشند، تاثیر جداسازی لرزه­ای مشهودتر است. سختی اولیه جداگرها نقشی تعیین کننده در بازدهی سیستم ایفا می­ کند. نیروی تسلیم جداگر نیز با کنترل میرایی هیسترتیک، در رتبه دوم اهمیت قرار دارد. همچنین هرچه سختی اولیه جداگر کمتر باشد، معمولاً نیروها و جابه­جایی­های نسبی پل کاهش بیشتری پیدا می­ کند، اما جا به ­جایی مطلق عرشه پل بیشتر می­گردد که می­توان با اعمال قطعاتی که نیروی تسلیم و میرایی جداگر را افزایش دهند، میزان جا به ­جایی کل را نیز کاهش داد. بنابراین با توجه به طراحی­ها و تحلیل­های انجام شده، از جداگرهای لرزه­ای الاستومتری در مقاوم­سازی پل­های موجود یا طراحی پل­های جدید در کشور می­توان به نحو مناسبی بهره برد.
به منظور بررسی تاثیر جداسازهای لرزه­ای، پاسخ لرزه­ای پل­های جداسازی شده در هر دو حالت تحریک یک جهته و دو جهته با پاسخ لرزه­ای پل­های جداسازی نشده نیز مقایسه گردیده است. نتایج نشان می­دهد که اندرکنش دوجهته نیروهای نشیمن تاثیر قابل ملاحظه­ای در پاسخ لرزه­ای پل­های جداسازی شده دارد و در صورتی که از این اثرات صرف­نظر شود تغییرمکان حداکثر نشیمن به مقدار کمتری برآورد می­ شود. از آنجا که در واقعیت در هنگام وقوع زلزله، سازه­ها با تحریک دو جهته زلزله روبرو هستند، توصیه می­ شود که این امر در طراحی سیستم جداسازی پل­ها مدنظر قرار گیرد.
در سالیان گذشته به علت تراکم کم شبکه­ های لرزه­نگاری در سراسر جهان، امکان ثبت زلزله­های نزدیک گسل کم بوده است. با گسترش شبکه­ های لرزه­نگاری و پیشرفت دستگاه­های لرزه­نگاری، امروزه نگاشت­های متعددی از زلزله­ها در موقعیت­های مختلف وجود دارد. پروفسور جوزف پنزن (2000) دلایل پیشرفت­­ها در مهندسی زلزله و سازه را در 50 سال گذشته، پیشرفت کامپیوترها، توسعه روش­های تحلیل غیرخطی سازه­ها، درک و به­ کارگیری تغییرشکل­های مجاز غیر ارتجاعی در سازه­ها، تغییر در جزئیات نیاز شکل­پذیری، مقاومت و … می­داند. با اینکه اثرات نزدیک گسل در گذشته شناخته شده بود، اما اهمیت آن در طراحی سازه­های مهندسی عمران به خوبی درک نشده بود، تا اینکه زلزله­های مخربی همچون زلزله 1992 لندرز، زلزله 1994 نورتریج، زلزله 1995 کوبه ژاپن، و زلزله 1999 چی چی تایوان به وقوع پیوست. این­گونه زلزله­ها که در نزدیکی یک گسل فعال رخ می­ دهند دارای نگاشت­های پالسی با پریود پالس بلند بوده و دارای یک یا چند سرعت حداکثر می­باشند. این پالس توسط لغزش گسل ایجاد می­ شود و باعث می­ شود تا قسمت بزرگی از انرژی زلزله در یک یا دو پالس به­ طور ناگهانی به سازه اعمال گردد. در زلزله­های نزدیک گسل که دارای پالس سرعت حداکثر بیشتری می­باشند یا مدت زمان پالس آن­ها بزرگتر است، سازه ­هایی که به منبع لرزه­زا نزدیک­تر هستند باید شکل پذیری بیشتری داشته باشند تا بتوانند از پاسخ سازه بکاهند.
به دلیل اینکه اثرات نزدیک گسل در محدوده پریودهای بالا (فرکانس پایین) بیشتر است، افزایش نرمی و پریود اصلی سازه موجب افزایش اثرات نزدیک گسل می­ شود به­ طوری­که سازه­های با فرکانس بالا (پریود کم) که در محدوده خطی قرار دارند، تحت زلزله­های نزدیک گسل که دارای محتوای فرکانسی کوتاه (یا پریود بلند) هستند، دارای پاسخ بزرگی نمی­باشند. اما اگر این سازه­ها وارد ناحیه غیرخطی شوند، فرکانس آن­ها کم شده و پریودشان افزایش می­یابد و در این حالت تحت زلزله­های نزدیک گسل آسیب­پذیر می­شوند. در واقع رابطه بین محتوای فرکانسی زلزله و فرکانس اصلی سازه­ها فاکتور مهمی برای پاسخ سازه­ها هستند.
 
1-4 کاربرد جداگرهای لرزه­ای در کشورهای مختلف
نمونه­هایی از پل­های جداسازی شده و جزئیات کابرد آن­ها در شکل­های زیربه جهت تکمیل موارد مذکور و تایید مجدد استقبال کشورهای مختلف از این روش برای طراحی و بهسازی لرزه­ای پل­ها ارائه شده ­اند. همانطور که در مباحث این بخش گفته شد، استفاده از جداگرهای الاستومتری با توجه به امکانات و توانایی­های شرکت­های داخلی توصیه می­­شود.
در شکل‌های زیر نمونه‌هایی ازجداگرهای لرزه‌ای استفاده شده در پل‌ها در کشورهای مختلف ارائه گردیده است.