بررسی اثر ضربه در میزان استهلاک انرژی زلزله بر پل‏های با عرشه بتنی دارای درز انقطاع

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

2 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

3 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه پورتو (FEUP)، پورتو، پرتغال

چکیده

پل ‏ها عموماً به سبب عبور و مرور وسائل نقلیه، دارای بارگذاری متحرک بوده و خطوط تأثیر در حالت‏ های مختلف در طراحی حالت بهینه استاتیک نقش تعیین کننده­ ای دارند. اما برای طراحی مذکور، به بارگذاری لرزه­ ای نقشی داده نشده است. پل ‏ها به سبب دمای هوا و مباحث فیزیکی، انبساط و انقباض و همین طور بارهای متحرک روی خود از درزهای انقطاعی بهره می‏ برند. همچنین، معمولاً اولین دهانه پل ‏های بتنی روی سکویی با بالشتک قرار می‏ گیرد که فاصله ‏ای بین عرشه و سکو ایجاد نماید. اثر ضربه پل‏ ها در حین زلزله و تأثیرات مخرب آن، محققین را بر آن داشت تا در این زمینه به تحقیق و بررسی بپردازند. از آنجایی که دهانه پل ‏ها به صورت منفرد طراحی و اجرا می ­گردد، در هنگام بارهای لرزه ­ای، هر کدام از دهانه ­ها و عرشه پل‏ ها رفتار متفاوتی از خود بروز داده و تغییرمکان ‏های جانبی آن ‏ها بر اساس جنس سازه و همچنین مود ارتعاشی هر یک از آن ‏ها به ­وجود می ­آید. این تفاوت رفتاری سبب می ‏شود که پل ‏ها با یکدیگر برخورد کرده و آسیب­ هایی به عرشه و بدنه آن ‏ها وارد آید. محققین بسیاری در  مورد نیروی وارده در اثر ضربه پل‏ ها و انرژی مستهلک شده این رخداد، مطالعه کرده ­اند. برای محاسبه این نیرو و میزان انرژی آن، مطالعات عددی نیاز به داشتن یک المان مجازی دارد که شامل فنر و یک المان فاصله است و به صورت متوالی با یکدیگر به محل اتصال دو جسم مورد مطالعه متصل می‏ شود. روابط ریاضی متعددی برای محاسبه دقیق و واقعی­تر نیروی وارده و انرژی آن ارائه شده است. در این پژوهش، با استفاده از یک رابطه جدید در محاسبه ضریب میرایی، میزان تأثیرات ضریب استرداد بررسی شده و مقدار بهینه ­ای بر پایه این ضریب ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Impact in Dissipated Energy during Earthquake on Concrete Bridges by Having Separation Distance

نویسندگان [English]

  • H. Naderpour 1
  • S.M. Khatami 2
  • R.C. Barros 3
1 Assistant Professor, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
2 Ph.D. Student, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
3 Associate Professor, Faculty of Engineering, University of Porto (FEUP), Porto, Portugal
چکیده [English]

Undoubtedly, bridges have substantially effect in metropolitan areas and are usually built to connect between two roads in order to decrease traffic. Pounding, is one of the important parameters to design different bridges as this structures should be controlled during seismic excitation to provide safety conditions in order to organize and support unpredictable situations. During very strong earthquake, bridges may experience large horizontal relative displacement, which may lead to pounding if sufficient gap size is not considered between adjacent slabs of bridge. Insufficient separation distance is naturally caused to collide between two slabs and, subsequently, stiffness of bridge is decreased and finally, collapse is occurred. In order to determine impact force and also absorption energy during collision, many researchers have demonstrated different theories and also suggested various equations by using impact velocity before and after impact. In this study, special element is used between two slabs to determine impact force and a new equation of motion is mathematically presented to calculate impact damping ratio focusing on coefficient of restitution.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pounding
  • Concrete bridges
  • Coefficient of restitution
  • Impact velocity

Anagnostopouls, S. A. 1986. “Pounding of building in series during earthquakes”. Earthq. Eng. Struct. Dynam. 16(3): 443-456.

Barros, R. C., Khatami, S. M.,  Naderpour,  H. and Mortezaei, A. 2013. “Influence of seismic pounding on RC building with and without base isolation system subjected to near-fault ground motion”. Int. J. Rehab. Civil Eng. 1(1): 39-52.

Cole, G. L. and Dhakal, R. P. 2009. “The Effect of Diaphragm Wave Propagation on the Analysis of Pounding Structures”. Proc. 2nd Int. Conf. Comp. Method Struct. Dynam. Earthq. Eng. (COMPADYN), Paper CD 200, Rhodes, Greece.

Goldsmith, W. 1960. “Impact: The Theory and Physical Behavior of Colliding Solids”. 1st  Edition, Edward Arnold, London, U.K.

Jankowski, R. 2005. “Non-linear viscoelastic modeling of earthquake-induced structural pounding”, Earthq. Eng. Struct. Dynam. 34: 595-611.

Jankowski, R. 2010. “Experimental study on earthquake-induced pounding between structural elements made of different building materials”. Earthq. Eng. Struct. Dynam. 39(3): 343-354.

Komodromos, P. and Polycarpou, P. 2010. “On the Numerical Simulation of Impact for the Investigation of Earthquake-Induced Pounding of Building”. Tenth Int. Conf. Comp. Struct. Technol., Civil-Comp Press, Stirlingshire, Scotland.

Lankarani, S. 2006. “A Hertz contact model with non-linear damping for pounding simulation”. Earthq. Eng. Struct. Dynam. 35: 811-828.

Mahmoud, S. and Jankowski, R. 2011. “Modified linear viscoelastic model of earthquake-induced structural pounding”. Iranian J. Sci. Technol. 35(C1): 51-62

Naderpour, H., Barros, R. C. and Khatami, S. M. 2013. “State-of-the-Art: Building Pounding, Link Elements and the Evaluation of Impact Forces and Energy Dissipation”. In: Topping, B. H. V. and Iványi, P. (Eds.), Proc. 14th Int. Conf. Civil, Struct. Environ. Eng. Comp., Civil-Comp Press, Stirlingshire, UK, doi: 10.4203/ccp.102.84

Naderpour, H. Khatami, S. M. and Barros, R. C. 2014. “A new model for calculating the impact force and the energy dissipation based on CR-factor and impact velocity”. Int. J. Sci. Technol., Sci. Iran. 22(1): 45-62.

Papadrakakis, M. and Mouzakis, H. 1991. “A Lagrange multiplier solution method for pounding of building during earthquakes”. J. Earthq. Eng. Struct. Dynam. 20: 981-998.

Ye, K., Li, L. and Zhu, H. P. 2008. “A note on the Hertz contact model with nonlinear damping for pounding simulation”. Earthq. Eng. and Struct. Dynam. 38(9): 1135-1142.

Ye, K., Li, L. and Zhu, H. P. 2009. “A modified Kelvin impact model for pounding simulation of base-isolated building with adjacent structures”. Earthq. Eng. Eng. Vib. 8: 433-446.