خلاصه

پلهاي تیر دال با پایههاي میانی قابی شکل یکی از انواع پلهاي متداول شهريخصوصاً، در تهران، میباشند در این نوع پلها نیروي اینرسی عرشه در طول اثر زلزله در جهت عرضی از طریق بلوکهاي برشی انتقال مییابد و جذب و اتلاف انرژي با تشکیل مفاصل پلاستیک در عناصر زیر سازه صورت میگیرد. در این مقاله میراگر فلزي با رفتار هیسترزیس به جاي استفاده از بلوکهاي برشی در پلها پیشنهاد شده است، به همین منظور رفتار یک پل بتنی (قاب بتنی با تیرهاي ضعیف) با دهانه ۲۰ متري را مورد ارزیابی قرار دادهایم. براي مقاوم سازي پل مذکور، بلوکهاي برشی را حذف کرده و از سه نوع از تجهیزات مستهلک کننده انرژي یعنی میراگر فلزي با رفتار هیسترزیس، میراگر ویسکوز و جداساز لرزهاي (به صورت مجزا) استفاده شده است. نتایج بدست آمده از تحلیلهاي دینامیکی غیر خطی نشان می دهد که تقاضاي لرزهاي در عناصر زیر سازه نسبت به حالتی که از بلوك برشی استفاده شده به شدت کاهش مییابد.

کلمات کلیدي: تجهیزات مستهلک کننده انرژي، میراگر فلزي، میراگر ویسکوز، جداساز لرزهاي

مقدمه

یکی از مسائل مهم در طراحی و مقاوم سازي پلها کنترل نیرو و تغییر مکانهاي لرزهاي می باشد این کنترل با افزایش سختی پایهها، افزایش اتلاف انرژي در سازه و یا با کاهش انرژي ورودي به سازه قابل دسترس میباشد. راهحل دوم و سوم به دلیل ممانعت از افزایش نیروهاي داخلی در سازه که منجر به شکستهاي ترد و یا در صورت طراحی مناسب منجر به تشکیل مفصل پلاستیک در سازه میشود، داراي برتري میباشد. همچنین پلها به دلیل خصوصیات ویژهاي که دارند بستر مناسبی براي استفاده از سیستم هاي مستهلک کننده انرژي میباشند، بطوریکه میتوان قسمت اصلی سازه یعنی عرشه را از پایهها، به راحتی جدا نموده و انواع تجهیزات مستهلک کننده انرژي را در این مکان( بین عرشه و پایه) قرار داد. امروزه تعداد زیادي از وسایل اتلاف کننده انرژي و جداسازهاي لرزهاي در پلها به کار برده شده است که مهمترین وسایل به کار برده شده میراگرهاي ویسکوز و انواع مختلف جداسازها میباشد.
یکی از اهداف جداسازهاي لرزهاي، افزایش پریود اصلی سازه و دور نگه داشتن این پریود از پریود اصلی محتواي ورودي میباشد، همچنـین برخـی از جداسازها امکان ایجاد اتلاف انرژي را نیز فراهم میکند. دو نوع اصلی سیستم جداساز لرزهاي بصورت تکیهگاههاي الاستومري (با و بدون هسته سربی) و
تکیهگاههاي لغزشی میباشد. هرچند تکنولوژي جداگرهاي ارتعاشینسبتاً جدید میباشد اما بررسی و مطالعات فراوانـی در ایـن زمینـه انجـام گرفتـه و بعنوان نمونه میتوان از مطالعات و تحقیقاتی که که آقاي Kelly در سالBuckle and Maye 1986 در سـال ۱۹۹۰و آقایـان Jangid و Datta در سال [۱] ۱۹۹۵ در این زمینه انجام دادهاند نام برد.
عمل جداسازي عرشه از پایهها در سطح جهان و همچنین در کشور ما نیز بسیار رایج میباشد ولی هدف از ایـن اقـدام، جلـوگیري از اعمـال نیروهـاي بهرهبرداري درون سطحی عرشه به پایهها و کولهها میباشد، در این نوع پلها انتقال نیروي اینرسی عرشـه در هنگـام زلزلـه در جهـت عرضـی از طریـق بلوکهاي برشی صورت میگیرد و این عناصر در هنگام زلزله با رفتار الاستیک، نیروي اینرسی تولید شده در عرشه را به پایهها و کولهها انتقال میدهند و

١ دانشجوي کارشناسی ارشد پژوهشکاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله

٢ استادیار پژوهشکاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله

۱

جذب و اتلاف انرژي توسط عناصر زیر سازه با مکانیزم ایجاد مفصل پلاستیک در پایهها صورت میگیرد. البته بسیاري از این پلها بخصوص در کـشورمان بدلیل اینکه در گذشته با توجه به فقدان آئین نامه هاي طراحی لرزهاي مناسب طراحی شدهاندمعمولاً احتیاجات لرزه اي را به منظور جذب و اتلاف انرژي در اعضاي زیر سازه ( پایه ها ) تامین نمیکند به همین منظور، مقاوم سازي این پلها با توجه به نقش آنها در امداد رسانی پس از رخداد زلزله از اهمیـت شایانی برخوردار میباشد. در صورتی که بتوان نیروي اینرسی انتقالی از عرشه به پایهها را به طریقی(اتلاف انرژي) کاهش داد میتوان بـدون اسـتفاده از شیوههاي مقاوم سازي متداول، سطح عملکرد پلها را افزایش داد.

در سال ۲۰۰۲ ،Sami Hanna Megally و همکارانش کلیدهاي برشی بتنی را در محدوده رفتار غیر خطی طراحی و مورد آزمـایش قـرار دادنـد ایـن کلیدهاي برشی طوري طراحی شده بودند که در هنگام زلزله، شبیه فیوز عمل کرده و مکانیزم خرابی با جذب و اتلاف انرژي در این اعضا صورت میگیرد و عناصر زیر سازه در حالت ارتجاعی یا غیر ارتجاعی محدود باقی میماند)[۲]شکل۱-۱الف). البته منحنی هاي هیسترزیس (شکل ۱-۱ب )بدست آمده از آزمایشها، حاکی از اتلاف انرژينسبتاً پایین در این بلوکهاي برشی میباشد، همچنین این شیوه براي مقاوم سازي پلهاي موجود قابل استفاده نمی باشد.

به همین منظور استفاده از یک میراگر فلزي با رفتار هیسترزیس، بجاي بلوك برشی پیشنهاد شده است۳]و.[۴ تا به جاي جـذب انـرژي در عناصـر زیـر سازه، جذب انرژي در این اعضا صورت گیرد. در واقع این میراگر در هنگام زلزله هاي شدید شبیه فیوز عمل کرده و مکانیزم خرابی با جذب و اتلاف انرژي در این اعضا صورت میگیرد و دیگر اجزاي سازه در حالت الاستیک یا پلاستیک محدود باقی میماند. در شکل ۲ نماي شماتیک از پلهـاي رایـج و نحـوه مقاوم سازي پیشنهادي ارائه شده است. با توجه به رایج بودن پلهاي داراي بلوك برشی، به منظور مقاومسازي لرزهاي این نوع پلها، مـیتـوان بـه راحتـی بلوكهاي برشی را حذف کرده و بجایش از فیوز برشی پیشنهادي استفاده شود. مزیت دیگر این نوع میراگر هزینهنسبتاً پائین و راحتی تعویضشان بعـد از زلزله می باشد.

(الف) (ب)

شکل -۱ کلید برشی بتنی در محدوده رفتار غیر خطی پیشنهاد شده توسط S. Megally (الف)، منحنی هیسترزیس حاصل از آزمایش (ب) [۲]

عرشه
شتیرهاي طولی دیافراگم
شعرضی

جایگزینی بلوك برشی

با میراگر فلزي (بلوك برشی)
مفاصل

پلاستیک ش

شکل-۲ نماي شماتیک از پلهاي رایج و نحوه مقاوم سازي پیشنهادي ش

۲