بررسی تاثیر زاویه قوس در پلان بر رفتار لرزه ای و خصوصیات سازه ای عرشه و پایه های پل های بتن مسلح

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی سازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

پل های نامنظم به دلیل اختلاف ارتفاع پایه ها، زاویه دار بودن عرشه با کوله و یا قوسی بودن عرشه تحت تحریکات ناشی از زلزله رفتار پیچیده دینامیکی دارند که موجب می شود میزان و نوع آسیب ناشی از زلزله در آنها متفاوت باشد و دو پارامتر زاویه قوس و ارتفاع پایه ها از عوامل بسیار مهم در تحلیل لرزه ای پل های قوسی هستند. در این مقاله اثر زاویه قوس در پلان بر آسیب پذیری لرزه ای پل های بتن آرمه بررسی شده و 8 پل با زوایای قوس متفاوت در نرم افزار CSi Bridge طراحی و مدل سازی شدند و سپس با اعمال 8 شتاب نگاشت همپایه شده مختلف تحلیل دینامیکی غیرخطی صورت گرفت و میزان دوران مفصل خمیری، برش پایه و جابجایی عرشه در دو جهت طولی و عرضی بدست آمدند. نتایج بدست آمده نشان داد که با افزایش زاویه قوس از صفر به 105 درجه، میزان دوران مفصل خمیری ستون ها تا 16 درصد افزایش یافت. ضمنا پل مستقیم و پل های قوسی تا زاویه قوس 75 درجه در سطح عملکرد قابلیت استفاده بی وقفه قرار گرفتند اما پل های با زاویه قوس 90 و 105 درجه، در سطح عملکرد ایمنی جانی قرار داشتند. میزان برش پایه در پل های دارای قوس در پلان نیز از مقادیر مربوطه در پل مستقیم بالاتر بود و بیشترین برش پایه در پل با زاویه 75 درجه به میزان 33 درصد افزایش بیش از پل مستقیم بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of Arc Angle in Plan on Seismic Behavior and structural Characteristics of Deck and Pillar of Reinforced Concrete Bridges

نویسندگان [English]

  • Malihe Rajabi 1
  • Mohammad Kazem Sharbatdar 2
1 1. MS Graduated, Semnan University, Semnan, Iran
2 Professor, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

Irregular bridges are bridges that have a complicated dynamic behavior due to differences in the height of the columns, the angularity of the deck with an abutment or the horizontally curved bridges under earthquake, which caused the magnitude and type of damage by the earthquake in them is different. Two parameters of the arc angle and the height of the bases are important factors in the seismic analysis of horizontally curved bridges. In this paper, the effect of the arc angle on the seismic vulnerability of horizontally curved reinforced concrete bridges was studied. For this purpose, 8 bridges with different arc angles (0, 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105 degrees) were designed and simulated in CSiBridge software and then were analyzed as nonlinear dynamic with 8 different earthquake records named Northridge, Loma perieta, Landesr, Kocaeli, Imperial valley and Cape mendocino. The effect of the arc angles on performance parameters such as the amount of rotation of plastic hinge, base shear and deck displacement in two directions of longitudinal and transverse directions were investigated. The results showed that by increasing the arc angle from zero to 105 degree, the amount of rotation of plastic hinges of the columns were increased by 16% compared to the straight bridge. And also the results showed that the performance level of straight bridges and arch bridges up to an angle of 75 degrees was categorized in the immediate occupancy level (IO), but the bridges with angles of 90 and 105 degree were categorized at the life safety level (LS). Also, the study of the effect of the arc angle on the base shear indicated that the maximum base shear was obtained at 75 degree with a 33% increase compared to the straight bridge.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Arc Concrete Bridge
  • Seismic damage
  • Dynamic time history analysis
  • angle
  • CSi Bridge Software
[۱] شالچیان ، حسن." پل سازی"، .انتشارات دهخدا، جلد 1و2. 1364
[۲] طاحونی، شاپور." طراحی پل"، .انتشارات دانشگاه تهران، 1390
[۳] آیین نامه طرح پلهای راه و راه آهن در برابر زلزله، نشریه شماره 463، 1387.
[4] Kircher , C.A. and Martin W. "Development of fragility Curve for Estimating of Earthquake Damage Work Shopon Continuing Action to Reduce losses from Earthquake , Washington ,Dc : U.S.Geological Survey,1993.
[۵] پهلوان، حسین" ارزیابی آسیب پذیری احتمالاتی مقاوم سازی پل های بتن آرمه با نرم افزار OpenSEES "، انتشارات آزاده، چاپ اول، زمستان 1394.
[۶] پهلوان، حسین، "توسعه منحنی های شکنندگی لرزه ای برای پل های قوسی شکل عرشه باکس بتن آرمه"، پایان نامه دکتری، دانشگاه علم و صنعت ایران، 1394.
[7]  Moehle, J.P., Eberhard, M.O. Earthquake Damage to Bridges, Bridge Engineering-Seismic Design, Edited by Wai-Fah Chen and Lian Duan, CRC Press LLC, Boca Raton, 2003.
 [8] Ramanathan, N.K. “Next generation seismic fragility curves for California bridges incorporating the evolution in seismic design philosophy,” Ph.D. thesis, Georgia Institute of Technology, Atlanta, 2012.
[9] Yashinsky, M., Karshenas, M. J., “Fundamentals of Seismic Protection for Bridges”, EERI Monograph, Oakland, CA, 2003.
[10] Yashinsky, M. Northridge Earthquake: Lifeline Performance and Post Earthquake Response, Technical Council on Lifeline Earthquake Engineering Monograph No. 8, Washington, D.C.1995.
[11] Duan, L., Li, F., Seismic Design Philosophies and Performance-Based Design Criteria, Bridge Engineering – Seismic Design, Edited by Wai-Fah Chen and Lian Duan, CRC Press LLC, Boca Raton, 2003.
[12] Wight, J., MacGregor, J., Reinforced Concrete: Mechanics and Design, 6th Edition, Prentice Hall, 2011.
[13] Basoz, N., Kiremidjian, A. S., Evaluation of Bridge Damage Data from the Loma Prieta and Northridge CA Earthquakes, Report No. MCEER-98-0004, MCEER, The State University of New York, Buffalo, 1997.
[14] Guo, J.J., Zhong, J., Dang, X.,, Yuan, W., “Seismic performance assessment of a curved bridge equipped with a new type spring restrainer”, Engineering Structures, 151, 105–114, 2017.
[15] Seo, J., Linzell, D.G., “Horizontally curved steel bridge seismic vulnerability assessment”, Engineering Structures, 34, 21–32, 2012.
[16] Burdette NJ, Elnashai AS, Lupoi A, Sextos AG., “Effect of asynchronous earthquake motion on complex bridges. I: Methodology and input motion”, J Bridge Eng ;13(2):158–65,b2008.
[17] Linzell D, Nadakuditi V. “Parameters influencing seismic response of horizontally curved, steel. I-girder bridges”,. Steel Compos Struct ;11:21–38, 2011.
[18] Levi, M.J, Sanders, D.H., Buckle, I.G.,“Seismic Response of Columns in Curved Bridges”, Structures Congress, 2012.
[19] Li, X., Zhang, D., ASCE, S.M., Yan, W., Chen, Y., Xie, Y., “Shake-Table Test for a Typical Curved Bridge: Wave Passage and Local Site Effects”, American Society of Civil Engineers, 2014.
[20] Ni, Y., Chen, J.,Tang, H., Jiang, H., “Influence of Earthquake Input Angle on Seismic Response of Curved Girder Bridge”, Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2(4) 233-341, 2015.
[21] Wilson, Th, Mahmoud, H., Chen, S., “Seismic performance of skewed and curved reinforced concrete bridges in mountainous states”, Engineering Structures 70, 158–167, 2014.
[22] Azadi, M.R., Allahvirdizadeh, R., “Enhanced empirical models for predicting the drift capacity of less ductile RC columns with flexural, shear, or axial failure modes”, Front. Struct. Civ. Eng., 13(5): 1251–1270, 2019.
[23] Azadi, M.R., Sezen, H., Taciroglu, E., “Data-Driven Models for Predicting the Shear Strength of Rectangular and Circular Reinforced Concrete Columns”, J. Struct. Eng., 147(1): 2021.
[۲۴]کلانتری، هومن، "بررسی رفتار لرزه ای پل های بتن آرمه دارای قوس در پلان و اثرات رفتاری تکیه گاههای الاستومری"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران، 1382.
[۲۵] عابدینی، محمد جواد، "بررسی آسیب پذیری لرزه ای پل های قوسی بتنی چند قابی با استفاده از منحنی های شکنندگی"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه علم و صنعت ایران، 1392.
 [26] Tondini, N., Stojadinovic, B.,“Probabilistic seismic demand model for curved reinforced concrete bridges”. Springer Science, 10 , 1455–1479, 2012.
[27] Mohseni, M., Norton, T.R. “Seismic damage assessment of curved bridges using fragility analysis.” Proceeding of 11th International Conference on Applications of Statistics and Probability in Civil Engineering-ICASP11, Zurich, Switzerland, 2011.
[28] Khanmohammadi, M.,Karimi, M.,”Studying the effect of skewness on seismic behavior of horizontally curved RC bridges by elastic analysis”  International Conference on Civil Engineering Architecture & Urban Sustainable Development , Tabriz , Iran, 2013.
[29] Zakeri, B., Padgett, J. E., ,.Amiri, G. G., “Fragility analysis of skewed single-frame concrete box-girder bridges”, Journal of Performance of Constructed Facilities, 28(3), 571-582, 2013. .
[۳۰] تقوی، هانیه، "ارزیابی تاثیر اختلاف ارتفاع در ستونها بر رفتار لرزه ای پل های قوسی شکل عرشه باکس بتن آرمه" ، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه غیر انتفاعی شمال، 1395.
[۳۱] شمس، رامتین، "بررسی رفتار لرزه ای پل های قوسی در پلان"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد واحد صفادشت، 1396.
[۳۲] اسداللهی، خشایار، پهلوان، حسین، شایانفر، محسنعلی، برخورداری، محمد علی، "بررسی اثر تعداد دهانه بر پاسخ ستون های پل های قوسی عرشه جعبه ای"، چهارمین کنگره بین المللی عمران، تهران، ایران، 2016.
[۳۳] شیراوند، محمود رضا، محبوبی، شیما، امیدیان، پدرام، "ارزیابی رفتار لرزه ای پل های بتنی عرشه پیوسته با بیه های مختلف با استفاده از منحنی شکنندگی"، مهندسی سازه و ساخت، سال چهارم، شماره 4، زمستان 1396.
[34] Galindo CM, Hayashikawa T, Belda JG. “Damage evaluation of curved steel bridges upgraded with isolation bearings and unseating prevention cable restrainers”. World Acad Sci, Eng Technol ;35:11–27, 2009.
[35] He XH, Sheng XW, Scanlon A, Linzell DG, Yu XD. “Skewed concrete box girder bridge static and dynamic testing and analysis”,. Eng Struct ;39:38–49, 2012.
 [36] Mwafy AM, Elnashai AS. “Assessment of seismic integrity of multi-span curved bridges in mid-America”. Campaign IL, USA: Mid-America Earthquake CenterCivil and Environmental Engineering Department, University of Illinois at Urbana; 2007.
 [37] Wilson Th., Chen S., Mahmoud H., “Analytical Case Study on the Seismic Performance of a Curved and Skewed Reinforced Concrete Bridge Under Vertical Ground Motion” Engineering Structures, 100,128-136, 2015.
[۳۸] طرح و اجرای ساختمان های بتن آرمه، مقررات ملی ساختمان، مبحث نهم، 139۹.
[۳۹] آیین نامه بارگذاری پل‌ها، نشریه‌ شماره‌ 139، 1379.
[۴۰] آیین نامه طرح و محاسبه‌ی پل‌های بتن‌آرمه ، نشریه‌ شماره‌ 389، 1387.
[۴۱] آیین نامه طرح هندسی راه ها، نشریه شماره 415، 1391.
[۴۲] رسول نیا، اکبر و عظیمی، محسن، "مدل سازی، تحلیل و طراحی پل ها با CSiBridge "، انتشارات دیباگران.
 [۴۳] مبحث ششم. بارهای وارد بر ساختمان ، 1392
 [۴۴] تقی نژاد، رامین، طراحی و بهسازی لرزه ای سازه ها بر اساس سطح عملکرد با استفاده از تحلیل پوش آور SAP2000-ETABS، نشر کتاب دانشگاهی.
[۴۵] آیین نامه دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود، نشریه شماره 360، 1385