چکیده

توانایی و مزایاي جداگرهاي لرزه اي بعنوان ابزار کنترل غیرفعال نیروهاي زلزله که به طراحان اجازه می دهد نیروهاي زلزله وارد بر پایه ها و کوله هاي پل را کاهش داده و یا متعادل کنند، به خوبی به اثبات رسیده است. با توجه به انواع خسارتهاي وارد بر پلها در زلزله هاي گذشته که عمدتا بواسطه تخمین نادرست نیروهاي زلزله می باشد، از این جداگرها میتوان به نحو مؤثري در بهسازي پلهاي موجود و یا طراحی پلهاي جدید واقع در نواحی لرزه خیز بهره برد. هدف از تحقیق حاضر، آشنایی با سیستم جداسازي لرزه اي، انواع جداگرها و کاربرد آنها در پلها براي کاهش اثرات نیروهاي جانبی زلزله می باشد. جداگرها با تغییر طبیعت ارتعاشی پلها سطح نیروهاي جانبی ناشی از زلزله را پائین آورده و با انحراف و جذب عمده انرژي ورودي زلزله، از اجزاي زیر سازه پل محافظت مینمایند که به این توانایی مهم جداگرها در کسب ضریب مناسب حفاظت پایه، جز با طراحی دقیق آنها نمیتوان دست یافت. براي کاربرد بهینه جداسازي لرزه اي در پلهاي جدید و نیز بهسازي پلهاي موجود کشور در برابر زلزله، تحقیق به منظور بهبود ساخت و تولید جداگرهاي چند لایه الاستومري مسلح شده با ورقهاي فولادي و یا الیاف پلیمري براي کسب میرایی بالا توصیه می شود.

واژههاي کلیدي: جداگرهاي لرزه اي، پل، دوره تناوب، مقاوم سازي، بهسازي لرزه اي.

۱

کانون ملی معماري ایران همایش ملی معماري، عمران و توسعه ي نوین شهري

تبریز – اردیبهشت ۱۳۹۳

-۱ مقدمه

روش هاي مرسوم طراحی مقاوم در برابر زلزله براي پل ها افزایش مقاومت یا افزایش ظرفیت جذب انرژي اجزاي آن است. این جذب انرژي در بردارنده خسارت بوده، در نتیجه روش طراحی مرسوم از فروپاشی پل جلوگیري می کند، ولی مانع وارد آمدن خسارت به پل نمی شود. یک روش مدرن براي طراحی پل ها در برابر زلزله استفاده از جداگر هاي لرزه اي می باشد. اگر چه بیش از دو دهه از کاربرد جداسازي لرزه اي در پل ها می گذرد، اما مطالعات بسیار زیادي در این زمینه صورت گرفته است که همگی کارایی آن ها را در پل ها تایید می نمایند. به طور کلی پل ها بستر مناسبی براي استفاده از سیستم هاي جداساز لرزه اي هستند زیرا:

– به علت نقش مهمی که پل ها پس از وقوع زلزله هاي بزرگ در عملیات امداد و نجات ایفا می کنند، لازم است که این سازه ها در مقابل حملات لرزه اي از سطح حفاظت بالاتري برخوردار باشند.

– استفاده از سیستم هاي جداساز و تلف کننده انرژي در پل ها باعث تمرکز خسارت ناشی از زلزله در محل سیستم هاي تکیه گاهی می شود و پایه ها و کوله ها در مقابل خسارات سازه اي محافظت می شوند.

– عمده جرم پل ها در تراز عرشه متمرکز شده است و معمولا لازم است که عرشه پل ها تحت حملات لرزه اي الاستیک خطی باقی بماند. جدا کردن عرشه از زیر سازه سبب حفاظت بیشتر عرشه نیز می گردد.

– جدا کردن عرشه از زیر سازه با استفاده از تکیه گاه هاي الاستومري به علت کاهش نیروهاي منتقله به زیر سازه در اثر تغییر شکل هاي حرارتی عرشه از قدیم مرسوم می باشند. با ایجاد تغییرات اندك در سیستم هاي تکیه گاهی و درزهاي انبساط میتوان با صرف هزینه بسیار اندك سیستم جداساز لرزه اي را در مورد پل ها به کار گرفت.
مفهوم اصلی جداسازي لرزه اي یکی افزایش دوره تناوب سازه و دیگري افزایش میرایی سازه یا هر دو با هم است. جداسازي لرزه اي روشی است که نیروهاي لرزه اي را در محدوده ظرفیت ارتجاعی عضو نگه می دارد، در نتیجه از تغییر شکل هاي غیر کشسان جلوگیري کرده یا دست کم آن ها را کاهش می دهد.[۱]

جداسازي لرزه اي به عنوان یک تکنولوژي قابل اعتماد براي کاهش خطرات ناشی از خسارات زلزله به پل ها در نظر گرفته شده است. در ژاپن و ایالات متحده آمریکا بیش از ۲۰۰ پل طراحی و ساخته شده اند که مجهز به جداساز هاي لرزه اي می باشند. جداساز هاي لرزه اي به منظور تغییر دوره تناوب طبیعی ساختار پل به گونه اي عمل می کنند که محتواي فرکانسی و شتاب زلزله را تغییر داده و شتاب زلزله را کاهش می دهند. جداسازي لرزه اي با استفاده از آلیاژهاي حافظه دار: در سال هاي اخیر تلاش هاي بسیاري شده که با استفاده از آلیاژهاي حافظه دار در ساختار جداساز هاي لرزه اي به نحوي به بهبود عملکرد جداساز هاي لرزه اي کمک شود و خسارات ناشی از زلزله در پل ها کاهش یابد که موثر نیز بوده است.[۲]

-۲ انواع جداگرها

تاکنون دو گروه کلی جداگرهاي لرزه اي ابداع و از آنها در پل ها استفاده شده است : جداگرهاي الاستومري و جداگرهاي اصطکاك. هریک از این دو گروه داراي انواع مختلف است که موارد استفاده از آنها با توجه به فناوري ساخت هر کشور و اهمیت پلها و نیاز عملکردي آنها، متفاوتند .بعضی از سیستم هاي جداگر رفتار صرفا نرم شونده دارند و رابطه نیرو – تغییر مکان تقریباً دوخطی از خود نشان می دهند ، مانند جداگرهاي لاستیکی -سربی، پاندول اصطکاکی و یا سیستم هاي دوگانه شامل سطوح لغزش با فنرهاي بازگرداننده. براي تحلیل غیر خطی این سیستم ه ، با استفاده از اجزاي هیسترزیس می توان پا سخ آن را در همه محدوده هاي تغییرمکا نی، با دقت به دست آورد. از دیدگاه انرژي، اجزاي هیسترزیس براي چنین جداگرهایی مناسبند، زیرا مکانیزم استهلاك انرژي یا به صورت فرآیند ناشی از تسلیم سرب و یا اصطکاك کولمب ( لغزشی ) است وبه دقت با استهلاك انرژي حاصل از مدل جزء دو خطی مطابقت دارد. اما بعضی از جداگرها مانند لاستیک با میرایی زیاد خود رفتار نرم شونده – سخت شونده دارند. براي چنین سیستمهایی، مدل سادة دوخطی، رابطه نیرو – تغییرمکان را در محدودة تغییرمکان هاي زیاد به

۲

کانون ملی معماري ایران همایش ملی معماري، عمران و توسعه ي نوین شهري

تبریز – اردیبهشت ۱۳۹۳

درستی نشان نمی دهد. با توجه به استفاده از تکیه گاه ها ي نئوپرنی در پلهاي موجود و امکان ساخت جداگرهاي الا ستومري در کشور، استفاده از جداگرهاي الاستومري، منطقی و عملی به نظر می رسد.[۳]

-۱-۲ جداگرهاي الاستومري چندلایه اي مسلح شده توسط ورقهاي فولادي :(ERB)