پایان¬نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی عمران گرایش سازه بررسی تأثیر طول دهانه بر رفتار پل تحت اثر همزمان مؤلفه‌های افقی و قائم

فهرست مطالب

 عنوان صفحه

مقدمه 1

فصل 1-پژوهش‌های گذشته3

1-1- مقدمه3

1-2- مروری بر زلزله‌های گذشته3

1-2-1- گزارش زلزله ‌لما‌پریتا4

1-2-2- گزارش زلزله کوبه6

1-2-3- گزارش زلزله چی­چی تایلند7

1-3- پیشینه تحقیق9

1-4- تکان‌هایقائمزمین13

1-4-1- طبیعت تکان‌های قائم13

1-4-2- فاصله زمانی رسیدن شتاب‌های قائم و افقی13

1-4-3- اثر مؤلفه قائم بر ستون‌ها16

1-4-4- اثر مؤلفه قائم زلزله بر عرشه16

1-5- گزارش زلزله بم ایران18

1-6- هدف از تحقیق21

فصل 2-اندرکنش خاکو پل22

2-1- مقدمه22

2-2- اهمیت در نظر گرفتن مدل‌سازی اندرکنش خاک و سازه22

2-3- میرایی خاک24

2-4- ماتریس سختی خاک زیر تکیه‌گاه ستون‌ها و کوله‌ها25

2-5- سختی دیواره کوله‌ها26

2-5-1- فنر معادل کوله پل در جهت طولی27

2-5-2- سختی عرضی و قائم کوله29

2-6- تنش تسلیم کششی و فشاری کوله در راستای طولی30

فصل 3-معرفی اعضای پل32

3-1- مقدمه32

3-2- پایه‌های پل32

3-2-1- مقاومت برشی پایه‌های پل32

3-2-2- ظرفیت چرخشی ستون33

3-3- درز انبساط پل‌34

3-3-1- مدل‌سازی درز انبساط35

3-4- بالشتک38

3-4-1- مفاهیم اساسی کاربرد سیستم‌های مختلف لرزه جدایش لرزه جدایش38

3-4-1-1- انعطاف‌پذیری. 39

3-4-1-2- استهلاک انرژی. 40

3-4-1-3- سختی در برابر نیروهای کم41

3-4-2- انواع مختلف سیستم‌های لرزه جدایش41

3-5- عرشه43

3-5-1- مقطع معادل43

3-5-2- مدل مقطع سه بعدی45

3-5-3- پل‌های کج46

فصل 4-مدل‌سازی سه بعدی پل48

4-1- مقدمه48

4-2- نرم‌افزار اُپن‌سیس و قابلیت‌های آن48

4-3- مفاصل متمرکز با رفتار غیرخطی49

4-4- المان‌های رشته‌ای50

4-5- معرفی پل و سیستم سازهای52

4-6- مدل‌سازی غیرخطی پل54

4-6-1- پایه‌ها. 54

4-6-1-1- مشخصات مصالح. 54

4-6-2- تکیه‌گاه پایه‌ها58

4-6-3- عرشه 59

4-6-3-1- مدل‌سازی سه بعدی عرشه تیر-دال59

4-6-3-2- درز انبساط 60

4-6-3-3- بالشتک‌ها 61

4-6-4- کوله‌ها. 63

4-7- بارگذاری64

4-8- صحت‌سنجی مدل64

4-8-1- مقایسه مودهای ارتعاش پل64

4-8-2- تحلیل بار افزون66

فصل 5-بررسی نتایج تحلیل68

5-1- مقدمه68

5-2- تأثیر تغییر شرایط مرزی بر مودها و پریود سازه پل68

5-3- شتاب نگاشت‌های زلزله‌های دور و نزدیک به گسل71

5-4- مقیاس کردن شتاب نگاشت‌ها73

5-5- بررسی نتایج حاصل از تحلیل‌های تاریخچه زمانی غیرخطی76

5-5-1- مدل اول83

5-5-1-1- پاسخ مدل اول تحت زلزله‌های مقیاس نشده نزدیک به گسل84

5-5-1-2- پاسخ مدل اول تحت زلزله‌های مقیاس نشده دور از گسل89

5-5-1-3- مدل اول تحت زلزله‌های مقیاس شده نزدیک به گسل و دور از گسل99

5-5-2- مدل دوم104

5-5-2-1- پاسخ مدل دوم تحت زلزله‌های مقیاس نشده104

5-5-2-2- مدل دوم تحت زلزله‌های مقیاس شده112

5-5-3- مدل سوم116

5-5-3-1- پاسخ مدل سوم تحت زلزله‌های مقیاس نشده116

5-5-3-2- مدل سوم تحت زلزله مقیاس شده123

5-5-4- مدل چهارم128

5-6- ارائه ضرایب بزرگنمایی جهت منظور کردن تأثیر مؤلفه قائم زلزله137

5-7- مقایسه روش‌های مقیاس در حوزه فرکانس و روش مرجع138

فصل 6-نتیجه‌گیری و پیشنهاد‌ها148

6-1- نتایج148

6-2- پیشنهاد‌ها150

منابع و مراجع151

 فهرست جدول­ها

  جدول ‏1‑1 شتاب‌های مؤلفه قائم، طولی و عرضی زلزله بم، طبس و نورثریج .......................................... 20

جدول ‏4‑1 مشخصات مصالح مصرفی.................... 54

جدول ‏4‑2 پارامتر رفتار غیر خطی ستون............ 57

جدول ‏4‑3 مشخصات مقطع و ممان اینرسی موثر........ 58

جدول ‏4‑4 مقایسه زمان تناوب مودهای اول تا چهارم پل کلمنتس 66

جدول ‏5‑1 زمان تناوب مودهای اول تا چهارم پل با تغییر رفتار بالشتک‌ها.......................................... 69

جدول ‏5‑2 درصد تغییرات زمان تناوب پل‌ها نسبت به مدل پل با بالشتک کامل.......................................... 71

‌جدول ‏5‑3 مشخصات رکوردهای زلزله در فواصل نزدیک گسل72

جدول ‏5‑4 مشخصات رکوردهای زلزله در فواصل دور از گسل 72

جدول ‏5‑5 فاکتور زلزله‌های نزدیک گسل ............ 74

جدول ‏5‑6 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه 42، 28 و 42 متری) 93

جدول ‏5‑7 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه 42، 28 و 42 متری) 94

جدول ‏5‑8مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه 42، 28 و 42 متری) ..................................... 95

جدول ‏5‑9 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه 42، 28 و 42 متری) ..................................... 95

جدول ‏5‑10 مقایسه نیروی محوری وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه 42، 28 و 42 متری) ..................................... 96

جدول ‏5‑11 مقایسه نیروی محوری وارد بر دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه 42، 28 و 42 متری) ..................................... 97

جدول ‏5‑12 مقایسه نیروی برشی وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه 42، 28 و 42 متری) ..................................... 97

جدول ‏5‑13 مقایسه نیروی برشی وارد بر دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه 42، 28 و 42 متری) ..................................... 98

جدول ‏5‑14 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه 42، 28 و 42 متری) .................................... 101

جدول ‏5‑15 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه 42، 28 و 42 متری) .................................... 102

جدول ‏5‑16 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه 42، 28 و 42 متری) ............................. 103

جدول ‏5‑17 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه 42، 28 و 42 متری) ............................. 103

جدول ‏5‑18 تغییرات زمان تناوب مودهای پل مدل دوم نسبت به مدل اول 104

جدول ‏5‑19 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) 108

جدول ‏5‑20 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) 108

جدول ‏5‑21 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه 47، 33 و 47 متر) ..................................... 109

جدول ‏5‑22 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه 47، 33 و 47 متر) ..................................... 110

جدول ‏5‑23 مقایسه نیروی محوری وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه 47، 33 و 47 متر) ..................................... 110

جدول ‏5‑24 مقایسه نیروی محوری وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه 47، 33 و 47 متر) ..................................... 111

جدول ‏5‑25 مقایسه نیروی برشی وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه 47، 33 و 47 متری) .................................... 111

جدول ‏5‑26 مقایسه نیروی برشی وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه 47، 33 و 47 متری) .................................... 112

جدول ‏5‑27 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) ..................................... 114

جدول ‏5‑28 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) ..................................... 114

جدول ‏5‑29 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه 47، 33 و 47 متری) ............................. 115

جدول ‏5‑30 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه 47، 33 و 47 متری) ............................. 115

جدول ‏5‑31 تغییرات زمان تناوب مودهای پل مدل سوم نسبت به مدل اول 116

جدول ‏5‑32 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 119

جدول ‏5‑33 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه دور از گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 120

جدول ‏5‑34 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) ..................................... 120

جدول ‏5‑35 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) ..................................... 121

جدول ‏5‑36 مقایسه نیروی محوری وارد بر عرشه تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 121

جدول ‏5‑37 مقایسه نیروی محوری وارد بر عرشه تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 122

جدول ‏5‑38 مقایسه نیروی برشی وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه 52، 38 و 52 متری) .................................... 122

جدول ‏5‑39 مقایسه نیروی برشی وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل (دهانه 52، 38 و 52 متری) .................................... 123

جدول ‏5‑40 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) ..................................... 125

جدول ‏5‑41 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) ..................................... 126

جدول ‏5‑42 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه 52، 38 و 52 متری) ............................. 126

جدول ‏5‑43 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه 52، 38 و 52 متری) ............................. 127

جدول ‏5‑44 تغییرات زمان تناوب مودهای پل مدل چهارم نسبت به مدل اول......................................... 129

جدول ‏5‑45 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه، تحت زلزله نزدیک به گسل، پل بدون انحراف در عرشه (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) ................. 133

جدول ‏5‑46 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه، تحت زلزله دور از گسل، پل بدون انحراف در عرشه (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) ................. 133

جدول ‏5‑47 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل، پل بدون انحراف در عرشه (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) ............ 134

جدول ‏5‑48 مقایسه لنگر وارد بر وسط دهانه‌های عرشه پل، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل، پل بدون انحراف در عرشه (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) ............ 134

جدول ‏5‑49 مقایسه نیروی محوری وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل (دهانه 42، 28 و 42 متر) ..................................... 135

جدول ‏5‑50 مقایسه نیروی محوری وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل، پل بدون انحراف در عرشه (دهانه 42، 28 و 42 متر) .............. 135

جدول ‏5‑51 مقایسه نیروی برشی وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل، پل بدون انحراف پل (دهانه 42، 28 و 42 متری) .................. 136

جدول ‏5‑52 مقایسه نیروی برشی وارد بر دهانه‌های عرشه، تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله دور از گسل، پل بدون انحراف پل (دهانه 42، 28 و 42 متری) .................. 136

جدول ‏5‑53 ضریب بار در محاسبه نیروی محوری وارد بر ستون تحت زلزله حوزه نزدیک به گسل......................... 137

جدول ‏5‑54 ضریب بار در محاسبه نیروی محوری وارد بر ستون تحت زلزله حوزه دور از گسل........................... 137

جدول ‏5‑55 ضریب بار در محاسبه لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت زلزله حوزه نزدیک به گسل.............................. 138

جدول ‏5‑56 ضریب بار در محاسبه لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت زلزله حوزه دور از گسل................................ 138

جدول ‏5‑57 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مرجع (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) .......................... 141

جدول ‏5‑58 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مقیاس در حوزه فرکانس (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) .......... 141

جدول ‏5‑59 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مرجع (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) .......................... 142

جدول ‏5‑60 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مقیاس در حوزه فرکانس (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) .......... 142

جدول ‏5‑61 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مرجع (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) .......................... 143

جدول ‏5‑62 مقایسه نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مقیاس در حوزه فرکانس (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) .......... 143

جدول ‏5‑63 مقایسه لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش حوزه فرکانس (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) ................. 144

جدول ‏5‑64 مقایسه لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مقیاس در مرجع (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) ................. 145

جدول ‏5‑65 مقایسه لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مرجع (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) .......................... 145

جدول ‏5‑66 مقایسه لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مقیاس در حوزه فرکانس (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) .......... 146

جدول ‏5‑67 مقایسه لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مرجع (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) .......................... 146

جدول ‏5‑68 مقایسه لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت تحریک دو مؤلفه افقی و هر سه مؤلفه زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده به روش مقیاس در حوزه فرکانس (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) .......... 147

فهرست شکل­ها

 شکل ‏1‑1 تخریب کامل قسمت‌هایی از پل نیمیتز ....... 5

شکل ‏1‑2شکست برشی در ستون‌ها و تیرها............ 6

شکل ‏1‑3پل خلیج سن فرانسیسکو................... 6

شکل ‏1‑4پایه‌های بتن مسلح بزرگراه هانشین کوبه... 7

شکل ‏1‑5 شکست برشی در راستای طولی پل تانگتو ..... 8

شکل ‏1‑6 شکست برشی پایه‌های پل ووشی .............. 8

شکل ‏1‑7 شتاب نگاشت زلزله نورثریج، رکورد آرلتا . 14

شکل ‏1‑8طیف شتاب نگاشت سه مؤلفه زلزله نورثریج رکورد آرلتا14

شکل ‏1‑9 طیف شتاب نگاشت سه مؤلفه زلزله چلفنت ... 15

شکل ‏1‑10 ارتعاش دهانه مرکزی ................... 17

شکل ‏1‑11 ارتعاش دهانه انتهایی ................. 17

شکل ‏1‑12 تاریخچه زمانی هر سه مؤلفه زلزله بم.... 19

شکل ‏2‑1 فنرهای معادل کوله و دیوار اصلی ........ 27

شکل ‏2‑2 فنرهای معادل خاک کوله و زیر پایه‌ها .... 28

شکل ‏2‑3 فنر معادل سختی چرخشی و انتقالیدر مرکز سختی 28

شکل ‏2‑4 مشخصات کوله به منظور محاسبه فنرهای معادل سختی انتقالی عرضی و قائم .................................... 30

شکل ‏3‑1 درز انبساط معمولی در پل‌ها ............. 35

شکل ‏3‑2 المان فنری خطی ........................ 36

شکل ‏3‑3 المان کلوین- ویگت ..................... 37

شکل ‏3‑4 المان هرتز ............................ 37

شکل ‏3‑5 طیف پاسخ شتاب.......................... 39

شکل ‏3‑6 طیف پاسخ تغییر مکان.................... 40

شکل ‏3‑7 سیستم‌های لرزه جدایش (P-F,LRB,EDF,R-FBI) ... 42

شکل ‏3‑8 سیستم‌های لرزه جدایش (NZ ,S-RF) .......... 43

شکل ‏4‑1 مدل سازی رشته‌ای و اختصاص رفتار تک محوری به هرکدام از رشته‌ها .......................................... 50

شکل ‏4‑2 اختصاص مقطع رشته‌ای به نقاط گوسی ....... 51

شکل ‏4‑3 رشته‌بندی مقطع با استفاده از دستورPatch و Layer52

شکل ‏4‑4نمایش مشخصات پل کلمنتس................ 53

شکل ‏4‑5 نمایی از سمت شرقی پل کلمنتس........... 54

شکل ‏4‑6 منحنی تنش کرنش فولاد، بتن............... 55

شکل ‏4‑7 منحنی رفتار تنش-کرنش concrete 02 ......... 56

شکل ‏4‑8 منحنی رفتار تنش-کرنش reinforcing steelmaterial56

شکل ‏4‑9 - اندرکنش دال و عرشه .................. 59

شکل ‏4‑10 مدل تحلیلی دو بعدی و سه بعدی درز انبساط 60

شکل ‏4‑11 پاسخ چرخه‌ای ماده ضربه‌ای .............. 61

شکل ‏4‑12 نمای سه بعدی از درز انبساط پل در کوله.. 62

شکل ‏4‑13 مدل ساده شده اندرکنش کوله و عرشه ...... 63

شکل ‏4‑14 مودهای ارتعاشی پل کلمنتس (مودهای 1 تا 5، از بالا به پایین) .......................................... 66

شکل ‏4‑15 مقایسه نمودار نیرو-تغییر مکان پل با نمودار مرجع 67

شکل ‏5‑1 مودهای اول تا چهارم پل بدون استفاده از جداگرها70

شکل ‏5‑2 مودهای اول تا چهارم پل با استفاده از جداگر در جهت طولی در سر ستون‌ها................................. 70

شکل ‏5‑3 مودهای اول تا چهارم پل با استفاده از جداگر در تمام جهات در سر ستون‌ها................................. 70

شکل ‏5‑4 مودهای اول تا چهارم پل با استفاده از جداگر در جهت طولی در کل پل..................................... 70

شکل ‏5‑5 مقیاس کردن زلزله به روش مقیاس در حوزه فرکانس زلزله‌های دور از گسل (شتاب مبنا g18/0) .................... 75

شکل ‏5‑6 مقیاس کردن زلزله به روش مقیاس در حوزه فرکانس زلزله‌های نزدیک به گسل (شتاب مبنا 2/1* g18/0) ................. 75

شکل ‏5‑7 مقیاس کردن زلزله به روش مقیاس در حوزه فرکانس زلزله‌های دور از گسل مؤلفه قائم.......................... 76

شکل ‏5‑8 مقیاس کردن زلزله به روش مقیاس در حوزه فرکانس زلزله‌های نزدیک به گسل مؤلفه قائم.......................... 76

شکل ‏5‑9 پاسخ عرشه پل ناشی از رکورد نورثریج آرلتا78

شکل ‏5‑10 تغییر مکان انتهایی دهانه 42 متری در راستای طولی با و بدون در نظر گرفتن اثر مؤلفه قائم زلزله آرلتا..... 79

شکل ‏5‑11 پاسخ عرشه پل ناشی از رکورد نورثریج کاستیک80

شکل ‏5‑12 پاسخ تاریخچه زمانی با و بدون در نظر گرفتن اثر مؤلفه قائم زلزله آرلتا (نیروی محو وارد بر ستون و لنگر وارد بر عرشه) 81

شکل ‏5‑13 نمودار هیسترتیک بتن و فولاد ستون‌ها با و بدون در نظر گرفتن اثر مؤلفه قائم زلزله آرلتا................. 82

شکل ‏5‑14نمودار هیسترتیک بتن و فولاد ستون‌ها با و بدون در نظر گرفتن اثر مؤلفه قائم زلزله کاستیک................ 82

شکل ‏5‑15 شماره گذاری ستون‌ها و عرشه پل به منظور استفاده در نمودارها و جداول................................... 83

شکل ‏5‑16 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) ........... 84

شکل ‏5‑17 نیروی محوری وارد بر پایه‌های پل تحت ترکیب مؤلفه‌های زلزله طبس (أ‌-ج) ................................. 86

شکل ‏5‑18 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر عرشه، تحت زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) ........... 88

شکل ‏5‑19 لنگر وارد بر وسط دهانه Span1 و Span3 تحت ترکیب مؤلفه‌های زلزله طبس................................. 89

شکل ‏5‑20 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها، تحت زلزله دور از گسل (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) ........... 89

شکل ‏5‑21 نیروی محوری وارد بر پایه‌های پل تحت ترکیب مؤلفه‌های زلزله وایتر نروز (أ‌-ج) .......................... 91

شکل ‏5‑22 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر عرشه زلزله دور از گسل (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) .................. 92

شکل ‏5‑23 تأثیر پاسخ پایه پل، تحت تحریک مؤلفه‌های افقی زلزله بم، بر نیروی برشی وارد بر Span1 و Span2.............. 99

شکل ‏5‑24 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) .. 99

شکل ‏5‑25 تأثیر مؤلفه قائم بر لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت تحریک زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 100

شکل ‏5‑26 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) . 100

شکل ‏5‑27 تأثیر مؤلفه قائم بر لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) . 101

شکل ‏5‑28 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) .......... 105

شکل ‏5‑29 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر عرشه تحت زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) .......... 106

شکل ‏5‑30 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله دور از گسل.................................... 106

شکل ‏5‑31 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر عرشه زلزله دور از گسل (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) ................. 107

شکل ‏5‑32 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) . 112

شکل ‏5‑33 تأثیر مؤلفه قائم بر لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) . 113

شکل ‏5‑34 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) . 113

شکل ‏5‑35 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر عرشه تحت زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 47، 33 و 47 متر) .... 113

شکل ‏5‑36 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) .......... 116

شکل ‏5‑37 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر عرشه تحت زلزله نزدیک به گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) .......... 117

شکل ‏5‑38 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله دور از گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) .......... 118

شکل ‏5‑39 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر عرشه تحت زلزله دور از گسل (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) ............. 119

شکل ‏5‑40 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون‌ها تحت زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) . 123

شکل ‏5‑41 تأثیر مؤلفه قائم بر لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت زلزله نزدیک به گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) . 124

شکل ‏5‑42 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروی محوری وارد بر ستون‌ها تحت زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) 124

شکل ‏5‑43 تأثیر مؤلفه قائم بر لنگر خمشی وارد بر عرشه تحت زلزله دور از گسل مقیاس شده (دهانه‌ها 52، 38 و 52 متر) . 125

شکل ‏5‑44 مقایسه سختی قاب در جهت طولی و عرضی (C3-C4) با تغییر زاویه صفر و 33 درجه............................. 129

شکل ‏5‑45 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروی محوری وارد بر ستون تحت زلزله نزدیک به گسل، پل بدون انحراف در عرشه (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) ......................................... 130

شکل ‏5‑46تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر عرشه، تحت زلزله نزدیک به گسل، پل بدون انحراف در عرشه (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 131

شکل ‏5‑47 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر ستون­ها تحت زلزله دور از گسل، پل بدون انحراف در عرشه............ 131

شکل ‏5‑48 تأثیر مؤلفه قائم بر نیروهای وارد بر عرشه، تحت زلزله دور از گسل، پل بدون انحراف در عرشه (دهانه‌ها 42، 28 و 42 متر) 132

شکل ‏5‑49 مقیاس کردن مؤلفه‌های زلزله نزدیک به گسل، به زلزله فریولی به روش حوزه فرکانس........................... 139

شکل ‏5‑50 مقیاس کردن مؤلفه‌های زلزله نزدیک به گسل، به زلزله فریولی به روش مرجع.................................. 140

  فهرست نشانه­های اختصاری

ماتریس سختی زیر خاک	K
ضریب شکل فونداسیون
ضریب عمق فونداسیون
شعاع معادل فونداسیون
مدول برشی	G
ضریب پواسون
سختی تغییر مکان طولی دیواره کوله
سختی تغییر مکان چرخشی دیواره کوله
سختی تغییر مکان طولی کوله
عمق پایه
سختی طولی کوله
سختی قائم کوله
سختی طولی کوله
مدول الاستیسیته
وزن مخصوص خاک
ارتفاع دیوار
زاویه اصطکاک داخلی
زاویه اصطکاک بین خاک و کوله
ضریب شتاب افقی زلزله
ضریب شتاب قائم زلزله
زاویه شیب خاکریزی
زاویه شیب سطح پشت دیوار (زاویه دیوار در سطح تماس با خاک)
تنش تسلیم فشاری خاک
ضریب بزرگنمایی جهت منظور کردن تأثیر مؤلفه قائم زلزله	CV
مقاومت برشی مقطع
مقاومت برشی بتن
مقاومت برشی فولاد
افزایش مقاومت برشی ناشی از نیروی محوری
مقاومت فشاری بتن
شکل­پذیری پیچشی
اولین نقطه تسلیم آرماتورهای طولی
نقطه نهایی تسلیم آرماتورهای طولی
ظرفیت چرخشی ستون
طول مفصل پلاستیک
ضریب بازگردانندگی
ثابت میرایی
بار مرده	DL
پوش نیروها در حالت بیشترین جابجایی عرشه به سمت پایین	env +
پوش نیروها در حالت بیشترین جابجایی عرشه به سمت بالا	env -
زلزله تحت مؤلفه افقی	EQH
زلزله تحت مؤلفه عرضی	EQT
زلزله تحت مؤلفه قائم	EQV
بیشترین پاسخ‌ها	Max
میانگین پاسخ­ها	Mean

 مقدمه

 در میان انواع سازه­ها، پل­ها نسبت به سایر سازه­های معمولی دارای ساختار سیستم پیچیده­تری می­باشند. همچنین به عنوان یکی از ارکان شریان­های حیاتی می­باشند که لازم است بعد از زلزله به منظور راه دسترستی به بیمارستان­ها، ایستگاه­های آتش­نشانی و سایر خدمات مورد استفاده قرار گیرند. بنا به علل ذکر شده، می­توان گفت پل­ها بی­تردید جایگاه ویژه­ای در حفظ سطح مورد نیاز از ایمنی و قابلیت بهره برداری را دارا می­باشند.

اکثر آیین‌نامه‌های طراحی پل در بحث تحلیل لرزه‌ای پل‌ها، یا اثر مؤلفه قائم را در نظر نمی‌گیرند و یا روش مشخصی برای در نظر گرفتن مؤلفه قائم زلزله ارائه نمی‌دهند. با این حال بررسی زلزله‌های چند دهه اخیر نشان می‌دهد که اثر مؤلفه قائم زلزله می‌تواند در برخی موارد از عوامل اصلی تخریب پل‌ها باشد.

در مواردی که اثر مؤلفه قائم در طراحی وارد می‌شود تابع طیف به طور معمول 66/0 طیف پاسخ مؤلفه افقی منظور می‌شود. ‌با این حال مطالعات جدید نشان می‌دهند که این نسبت در پریودهای پایین و در نواحی نزدیک گسل، تخمینی در خلاف جهت اطمینان است.

در این تحقیق علاوه بر بررسی اثر همزمان دو مؤلفه افقی و قائم زلزله، اثر همزمان هر سه مؤلفه زلزله بر پاسخ پل­ها، بررسی گردیده است. در فصل اول به بررسی پژوهش­ها و مطالعات انجام شده بر تأثیر مؤلفه قائم زلزله بر طیف پاسخ زلزله و نیروهای وارد بر پل پرداخته شده است. با توجه به اهمیت در نظر گرفتن اندرکنش خاک در کوله­ها و زیر ستون­ها با سازه پل، در فصل دوم به بررسی نیروهای وارد بر خاک و نیز روابط موجود به منظور در نظر گرفتن اندرکنش خاک پرداخته شده است.

در فصل سوم به معرفی اعضای رو سازه و زیر سازه پرداخته شده است. انواع روش‌های مدل­سازی ستون­ها، مدل­سازی عرشه، تأثیر انحراف عرشه پل­ها بر عملکرد صلب عرشه، درزهای انبساط و بالشتک­ها به عنوان انتقال دهنده­های نیرو از عرشه به ستون­ها، معرفی و مورد بررسی قرار گرفته است.

در فصل چهارم شاخص‌ترین ویژگی‌های نرم‌افزار اُپن‌سیس[1] که دلیل انتخاب آن برای این تحقیق می‌باشد، ذکر می‌گردد. سپس، پل کلمنتس[2] به منظور مدل سازی، معرفی شده است. در انتها با مقایسه مقادیر پاسخ‌های نیرویی و تغییر مکانی و نتایج موجود در مقاله، صحت مدل ساخته شده در نرم افزار اُپن‌سیس کنترل می‌گردد.

در فصل پنجم نتایج حاصل از تحلیل پل‌های مدل‌سازی شده در فصل چهارم، ارائه شده است. در این راستا به بررسی اثر مؤلفه قائم زلزله بر رفتار لرزه­ای پل‌ها پرداخته شده است. در نهایت در فصل ششم خلاصه­ای از نتایج و پیشنهادات حاصل از این تحقیق بیان شده است.

 فصل 1- پژوهش‌های گذشته

 1-1- مقدمه

پل‌های بتن مسلح در ایران همانند دیگر نقاط جهان مانند ژاپن و آمریکا به دلیل تراکم خودروها و نیاز به گسترش جاده‌ها کاربرد روز افزونی یافته است. لیکن، تخریب این‌گونه پل‌های عظیم شاهراه‌ها و داخل شهرها در اثر زلزله های مختلف در کشورهایی نظیر ایلات متحده، ژاپن و نیوزیلند بیانگر ضعف‌های موجود در آیین نامه های فعلی این کشورها می‌باشد. در این فصل به مرور زلزله­های گذشته که دارای مؤلفه قائم با حداکثر شتاب بالا می‌باشد، تأثیر مؤلفه قائم بر عرشه و ستون پل‌ها و بیان هدف از این تحقیق پرداخته شده است.

1-2- مروری بر زلزله‌های گذشته

 تجربه زلزله‌های گذشته، مانند زلزله تکاچی-اکی[3] ژاپن(1968) و زلزله سن‌فرناندو[4] کالیفرنیا (1971)، آسیب‌پذیری سازه‌های بتن مسلح در برابر تحریکات شدید زلزله را به اثبات رسانید، بنا به دلیل اقتصادی، تا حدود معینی اجازه خسارت دیدن به سازه‌ها داده می‌شود و شناخت این خسارت پذیری بر اساس تئوری خطی و قضاوت مهندسی پایه‌گذاری می‌گردد.

روشن است که برای حصول ایمنی لرزه‌ای و محدود کردن خسارات وارده به سازه‌های بتنی، مکانیزم شکست سیستم‌های سازه‌ای تحت اثر بارهای دینامیکی زلزله باید مشخص بوده و این عمل مستلزم شناخت ظرفیت نهایی اعضای بتن مسلح تحت اثر بارگذاری متناوب غیر ارتجاعی است.