آسیب پذیری لرزه ای و ساختار پایان نامه

۲-۱- هدف از تحقیق و اهداف آن
۲
۲
در حین وقوع زلزله تنها ساختمان ها نیستند که تحت تاثیر نیروی زلزله قرار می گیرند پل ها هم در این بین به عنوان سازه های مهم تحت تاثیر تحریکات لرزه ای قرار می گیرند. در هر کشوری راه و راه آهن به عنوان شریان های حیاتی یک کشور، از اهمیت بسیار بالایی برخوردار هستند. در زمان جنگ و یا بحران های دیگر مثل زلزله این راه ها به عنوان اصلی ترین راه ها برای کمک رسانی محسوب می شوند و در صورتی که دچار آسیب شوند جایگزین کردن آنها کاری بسیار مشکل است. لازمه ی استفاده ی بی وقفه از این نوع سازه ها این است که خسارت های وارده به آنها به حداقل میزان ممکن کاهش یابد، به طوری که بدون محدودیت ترافیکی قابل بازسازی مجدد باشد. بررسی ها اینگونه نشان می دهد که پل های ساخته شده در چند دهه اخیر ضعف های عمده ای در طراحی و اجرا دارند. این پل ها معمولاً به صورت ثقلی طراحی شده و ضوابط خاص لرزه ای در آنها لحاظ نشده است. از طرفی بر خلاف سازه های مسکونی، به منظور عملکرد بی وقفه پل ها بعد از وقوع زلزله بایستی شرایط بهره برداری را داشته باشند. در طراحی بسیاری از پل های گذشته به دلیل نبود دانش طراحی لازم در زمان ساختشان، اثرات تخریبی زلزله در نظر گرفته نمی شد. وقوع شکست و خرابی های متعدد در زلزله های گذشته در کشور های مختلف نظیر ۱۹۹۵ کوبه ژاپن، ۱۹۹۴ نورثریج کالیفرنیا در ایالات متحده، نشان دهنده مقدار آسیب پذیری این سازه ها در برابر زلزله بود. از آنجا که در قرن گذشته زمین لرزه هایی که در ایران به وقوع پیوست اکثراً در محدوده شهر های بزرگ نبوده است و همچنین از آن سو که پل ها توسط نهاد های دولتی و تحت نظارت بهتری نسبت به ساختمان های معمولی طرح و اجرا می گردند خوشبختانه تاکنون شاهد خرابی های شدید از این نوع سازه ها در ایران نبودیم اما بررسی پل ها در سطح تهران مشخص کرده است در صورت وقوع زمین لرزه های نسبتاً شدید آسیب دیدگی این پل ها دور از انتظار نیست.
با توجه به مطالب فوق بهسازی رفتار لرزه ای پل های موجود را می توان از جمله اقدامات بسیار موثر در کاهش هزینه ها و تلفات ناشی از زلزله در نظر گرفت مقاوم سازی لرزه ای شامل دو گام اساسی، بررسی رفتار لرزه ای سازه های موجود و سپس بررسی روش های ارتقای رفتار لرزه ای می باشد. این بررسی ها علاوه بر کاربردشان برای مقاوم سازی لرزه ای سازه های موجود، با مشخص کردن نقاط ضعف سازه، وسیله موثری در جهت افزایش دانش طراحی لرزه ای و بهبود کیفیت طراحی و اجرای سازه های جدید فراهم می آورند. قبل از اینکه روش های مقاوم سازی لرزه ای را برای یک سازه به کار بریم باید دانست که سازه در کدام قسمت و با چه کیفیتی آسیب پذیر است. جهت تشخیص این آسیب پذیری نیز روش های گوناگونی وجود دارد که در کل به دو دسته روش های کیفی و روش های کمی تقسیم بندی میگردند. در حقیقت هدف از ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای، تعیین میزان خطر لرزه ای طبقه بندی شده ای است که با استفاده از نتایج کمی، پل را تهدید می کند.
هدف از این تحقیق جمع آوری اطلاعات در خصوص ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای یکی از پل های شهر تهران می باشد همانطور که می دانیم لزوم انجام مطالعات ارزیابی آسیب پذیری و همچنین بهسازی پل ها که به عنوان سرمایه ملی مطرحند، خصوصا برای پل هایی که با آیین نامه های قدیمی طرح و اجرا شده اند امری حیاتی است. ولی از آنجا که انجام این گام ها برای تمام انواع پل ها امکان پذیر نیست طی این تحقیق برخی روش های مهم و کاربردی جهت مقاصد ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای پل ها تشریح می شود. فرآیند ارزیابی و گام های انجام آن در بسیاری از پل ها مشابه است، لذا با استفاده از برخی تشابهات درروند ارزیابی تحلیلی پل ها، نتایج این تحقیق را می توان در برخی موارد که ذکر خواهد شد به پل های بتنی با سیستم عرشه دو عنصری و ستون های قابی شکل تعمیم داد. این موضوع جای تحقیق بسیار دارد و شایسته است تا محققین، افق های باز تحقیقاتی را به صورت دقیق و تفصیلی ادامه دهند تا با شناخت ضعف پل ها و اجرای طرح های بهسازی لرزه ای، هنگام وقوع زلزله شاهد آسیب دیدگی های شدید این سازه های حساس نباشیم.

۳-۱- ساختار پایان نامه
تحقیق حاضر در پنج فصل به شرح زیر تدوین شده است:
فصل اول به کلیات اختصاص داده شده است و مقدمه ای بر اهداف تحقیق و ضرورت آن اشاره دارد.
فصل دوم انواع خرابی های وارد بر پل ها ناشی از زلزله را مورد دید قرار داده است، برهمین اساس دلایل این خرابی و نقاط ضعف پل ها مورد بررسی قرار گرفته، همچنین تحقیقات انجام شده در زمینه طراحی و آسیب پذیری پل ها مورد مطالعه قرار گرفته است.
در فصل سوم به تشریح روش های ارزیابی آسیب پذیری پل ها، حالات طراحی، روش های مدل سازی و تعیین آسیب پذیری لرزه ای پل ها به روش های کیفی و کمی پرداخته شده است.
فصل چهارم در این فصل ابتدا مشخصات و وضعیت موجود پل مورد مطالعه قرار گرفته است سپس مدل سازی پل و بارگذاری آن انجام شده و با خروجی گرفتن نتایج و تحلیل آنها، اعضای دارای ضعف لرزه ای معرفی می شوند، در نهایت لزوم بهسازی پل بر اساس مفاهیم مهندسی ارزش تعیین می شود و گزینه هایی به عنوان بهسازی اعضا پیشنهاد می شود.
فصل پنجم به نتایج کلی گرفته شده از تحقیق اشاره می کند و پیشنهاداتی برای تحقیقات آتی محققان در این زمینه معرفی می کند.
کلیات و تاریخچه آسیب های وارده به
پل ها در زلزله های گذشته
۲-۱- مقدمه
اولین باری که آئین نامه ها اثرات زلزله را در طراحی دخالت دادند در سال ۱۹۲۳ میلادی بود که از آن زمان تا به امروز آئین نامه ها پیوسته دچار تغییر و دگرگونی بوده اند. زلزله های اتفاق افتاده در دهه ۹۰ میلادی در بسیاری از کشور ها باعث دگرگونی بسیاری از آئین نامه ها شد. بسیاری از خرابی ها ناشی از نقص های آیین نامه های طراحی لرزه ای گذشته بوده اند و گاهاً به دلیل
فلسفه ی نادرست طراحی، وقوع زلزله در سازه منجر به خسارت گردیده است. مطالعات کاملی در گذشته بر روی خسارات وارده به پل ها توسط محققین مختلف از جمله پریستلی و همکاران در سال ۱۹۹۶ انجام پذیرفته است که در ادامه فصل به انواع خسارات وارده و عوامل مؤثر بر آن ها پرداخته می شود [۱].
۲-۲- اثر زلزله های بزرگ برپل ها
زلزله نورثریچ کالیفرنیا، در سال ۱۹۹۴ زلزله ای به شدت ۷/۶ ریشتر منطقه نورثریچ کالیفرنیا را لرزاند و باعث به وجود آوردن خساراتی وحشتناک به بزرگراه ها ساختمان ها و پل ها شد بسیاری از پل ها به خاطر ضعف در طراحی لرزه ای فرو ریختند گسل ها باعث جابجایی زمین و پایه ها شدند که این عامل منجر به سقوط بسیاری از پل ها شد. پل کادلاک در نورثریچ آمریکا در سال ۱۹۹۱ با استفاده از شمع های بزرگ درجاریز در اطراف هر دو کوله خود برای جلوگیری از حرکت عرضی مقاوم سازی شده بود. پای ستون تا حدی بوسیله مهارهای سنگی مقاوم سازی شده بودند، جهت تقویت سرستون ها از غلاف های فولادی استفاده شده بود آسیب دیدگی این پل در هنگام زلزله ی نورثریچ نسبتاً جزئی بود و به جز نشست پشتی کوله ها و نشست دال معبر خسارات جدی سازه ای نداشت. دلیل اصلی آسیب های وارده بر این پل به علت نوع خاک و انحراف زیاد پل بود. پل بتنی سینگا در دهه ی ۱۹۶۰ در نورثریج ساخته شده بود. در این زلزله ستون های غیر شکل پذیر این پل در برش خسارت دیدند و تحت اثر وزن پل فرو ریختند [۲].
زمین لرزه کوبه ژاپن، دقیقاً یک سال بعد از زلزله نورثریچ زلزله دیگری رخ داد زمین لرزه کوبه یا زمین لرزه بزرگ هانشین، زمین لرزه ای بود با بزرگای گشتاوری ۸/۶ یا با بزرگی ۳/۷ درجه در مقیاس ریشتر، که در ۱۷ ژانویه ۱۹۹۵ در ساعت ۵:۴۶ صبح شهر کوبه در ژاپن را به مدت ۲۰ ثانیه لرزاند و در هم کوبید. این زمین لرزه یکی از بدترین رویدادهای طبیعی در ژاپن بود که خسارات شدیدی به بار آورد و باعث خرابی بسیاری از پل ها و سازه های دیگر شد. تخریب گسترده ستون پل های فولادی که برای اولین بار در جهان رخ داد باعث تعجب همگان شد، تا قبل از وقوع زلزله کوبه بسیاری از مهندسین تصور می کردند که پل های با روسازه فولادی به دلیل جرم کمتر روسازه حتی اگر زیر سازه های آنها غیر شکل پذیر باشند در مقایسه با پل های با روسازه های بتن مسلح در برابر زلزله ایمن هستند. این گزارش خوشبختانه طی زلزله کوبه، با وقوع شکستگی و فروریختگی تعداد زیادی از پایه های بتن مسلح که رو سازه فولادی بر رویشان قرار داشت نادرستی خود را نشان داد. یکی از پل های آسیب دیده در کوبه ژاپن پل فاک بود، در اثر زلزله تمامی پایه های بتن مسلح دچار آسیب های خمشی تا برشی در میانه ارتفاع (جایی که تعدادی از میلگردهای طولی بدون طول مهاری کافی قطع شده بودند) گردیدند. میزان حرکت زمین بزرگ تر از حرکت در نظر گرفته در طراحی بود. حرکت قوی در امتداد قائم نیز مشاهده شد. پایه های فولادی دچار کمانش موضعی در جان و بال مقطع مستطیلی ناشی از نیروی افقی زلزله شدند، سپس خرابی در جوش گوشه اتفاق افتاد و عرشه با کاهش مقاومت عمودی پایه ها نشست کرد. به علت عملکرد ضعیف نشیمن گاهها آسیب های بسیاری به روسازه وارد شد. مطالعات نشان داد که نیاز شکل پذیری در پایه پل از نیاز شکل پذیری سیستم بیشتر بوده و به این ترتیب ضعف سازه ای به همراه اثرات مستقیم، گسیختگی را برای پل رقم زد. دلیل اصلی خرابی پل فاک ظرفیت برشی کم ستون ها، روانگرایی خاک و گسترش جانبی زمین بود. شکست برشی ستون ها در ناحیه با طول گیرایی ناکافی میلگردها و همین طور به دلیل مقدار خاموت ناکافی در این ناحیه اتفاق افتاد. در تصویر (۲-۱) نمایی از تخریب ستون پل فاک و در تصویر (۲-۲) مکانیسم خرابی این پل از لحظه وقوع آسیب های کوچک تا زمان تخریب کامل پایه نشان داده شد
ه است [۱].
سه مساله مهم
در طراحی و ضعف این پل وجود داشت :
– تنش برشی مجاز بیش از حد بر آورده شده می باشد. تنش برشی مجاز مورد نیاز در آیین نامه های اخیر کمتر از %۶۰ مقدار بکار رفته در طراحی این پل است.