شناسایی رفتار دینامیک پل‏های جداسازی شده تحت زمین لرزه های حوزه نزدیک با در نظر گرفتن اثرات اندرکنش خاک و سازه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی عمران و پژوهشکده فناوری های نوین، دانشگاه سمنان

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

چکیده

پل‏ها به عنوان یکی از سازه­های بسیار حساس و همچنین به عنوان یکی از زیرساختارها در آبادانی و شاهرگ حیاتی هر کشور در امور مربوط به حمل و نقل شناخته می­شوند. تخریب بسیاری از پل‏ها بعد از زلزله­های 1971 (سان فرناندو)، 1994  (نورتریج)، 1995 (هانشین) ژاپن و 1999 (چی- چی) تایوان نشان داد که هنوز هم در مورد طراحی لرزه­ای پل‏ها مسائل ناشناخته زیادی وجود دارد. در این پژوهش، یک پل روگذر موجود در شهر ارومیه مورد تحلیل دینامیک غیرخطی توسط نرم­افزار SAP2000 قرار گرفته است و پاسخ دینامیک آن با دو نوع سیستم جداسازی لرزه­ای نئوپرن لاستیکی و جداساز LRB و همچنین در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه، که شامل اندرکنش خاک و شمع و اندرکنش خاک و دیوار کوله می­شود، بررسی شده است. از نکات قابل اهمیت در این پروژه، مدل کردن توده خاکریز پشت کوله پل می­باشد که بسته به نوع جداسازی پل می­تواند پاسخ آن را تحت تأثیر قرار دهد. جهت انجام تحلیل دینامیک تاریخچه زمانی در این پژوهش از رکورد زلزله­های حوزه نزدیک و حوزه دور برای مقایسه پاسخ این پل تحت اثر این زلزله­ها استفاده شده است. نتایج تحلیل نشان می­دهد که جداسازهای LRB باعث افزایش جابجایی نسبی روسازه و کاهش جابجایی نسبی زیرسازه نسبت به جداساز الاستومری شده و تأثیر اندرکنش خاک و کوله را کم می کنند. از طرف دیگر، جداسازی پل سبب کاهش نیروها و توزیع بهتر نیروی برشی بین کوله و پایه­های میانی می­گردد. همچنین، خاکریز پشت دیوار کوله سبب اتلاف بخشی از انرژی زلزله شده، که میزان کاهش نیروی برشی زلزله در مدل­های جداسازی نشده بیشتر از مدل­های جداسازی شده می­­باشد. از طرفی، از مقایسه زمان تناوب­ها، در صورت عدم وجود فاصله مناسب بین روسازه و زیرسازه در محل درز انبساط، نتیجه می­شود که این میزان در مدل E، 52/0 و در مدل E-S حدود 36/0 است. در صورت وجود فاصله مناسب بین روسازه و زیرسازه در محل درز انبساط، این مقادیر به ترتیب به 89/0 و 87/0 افزایش می­یابند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Dynamic Identification of Seismic-Isolated Bridges Subjected to Near–Fault Ground Motion with Soil-Structure Interaction

نویسندگان [English]

  • omid rezaifar 1
  • meysam mehrpouya 2
چکیده [English]

Bridges are very important and vital structures in any country and have main roles in transportation. Collapse of bridges due to earthquakes in San Fernando (1971), Northridge (1994), Hanshin (1995) and Chi-Chi (1999) showed that there are still many unknown and unsolved problems in seismic design of bridges. In this research, an existing overpass bridge in Urmia was analyzed by nonlinear dynamics, using SAP2000 software, and its dynamic response has been investigated with different kinds of seismic isolation systems (elastic neoprene and LBR isolators), considering the effects of soil structure interaction. One of the important tasks in this project is modeling the abutment backfill of the bridge which can affect its response depending on the type of bridge isolation. To perform a time-history dynamic analysis, this research uses near-field and far-field earthquakes records to compare the bridge response affected by these earthquakes. Results of the analysis showed that LRB isolators would increase deck displacement and decrease pier and abutment displacement, as compared to elastomeric isolators, and also decreases the soil-abutment interaction. On the other hand, bridge isolation causes a decrease in forces and better distribution of shear force between abutment and piers. Also, the abutment backfill would dissipate some parts of the earthquake energy. The decrease of the earthquake shear force in non-isolated models is more than the isolated ones. On the other hand, by comparing the periods of absence of proper distance between superstructure and infrastructure in the expansion joint position, it follows that this parameter is 0.52 in model E and about 0.36 in E-S. If there is sufficient distance between superstructure and infrastructure in the expansion joint position, these values increase to 0.89 and 0.87, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bridge
  • Dynamic Analysis
  • soil-structure interaction
  • Near field earthquake
 زهرائی، م. 1385. "آشنایی با جداسازهای لرزه­ای و تأثیر آنها بر عملکرد پل‏ها". پژوهشکده حمل و نقل، وزارت راه و ترابری.
جمارانیان، م. 1374. "بررسی اثرات شرایط ساختگاهی بر بیشینه شتاب سطح زمین در حوزه نزدیک". پایان­نامه کارشناسی ارشد مهندسی عمران، گرایش خاک و پی، دانشگاه تهران.
American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO). 2001. “Guide Specifications for Seismic Isolation Design”. Washington, DC.
ATC32. 1996. “Improved Seismic Design Criteria for California Bridges: Provisional Recommendations”. Applied Technology Council (ATC), Redwood City, CA.
Aviram, A., Mackie, K. R. and Stojadinovic, B. 2008. “Guidelines for Nonlinear Analysis of Bridge Structures in California”. Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER), University of California, Berkeley.
Caltrans. 2008. “Seismic Design Criteria”. California Department of Transportation., California Caltrans, Sacramento, CA.
ElGawady, M., Cofer, W. F. and Shafiei-Tehrany, R. 2009. “Seismic Assessment of WSDOT Bridges with Prestressed Hollow Core Piles- part II”. Washington State Department of Transportation (WSDOT) Research Report, 187 p.
Fenves, G. L. and Ellery, M. 1998. “Behavior and Failure Analysis of a Multiple-Frame Highway Bridge in the 1994 Northridge Earthquake”. Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER), University of California, Berkeley.
Kutter, B. L., Malvick, E. J., Kulasingam, R. and Boulanger, R. W. 2003. “Interpretation and Visualization of Model Test Data for Slope Failure in Liquefying Soil”. Proc. of the 8th US-Japan Workshop on Earthquake Resistant Design of Lifeline Facilities and Countermeasures against Liquefaction, MCEER-03-0003: 359-370.
Matlock, H. and Reese, L. C. 1960. “Generalized solutions for laterally loaded piles”. ASCE, J. Soil Mech. Found. Div., 86(5): 63-91.
Muthukumar, S. 2003. “A Contact Element Approach with Hysteresis Damping for the Analysis and Design of Pounding in Bridge”. PhD Dissertation, Department of Civil and Environmental Engineering, Georgia Institute of Technology. 
Muthukumar, S. and DesRoches, R. 2005. “Effect of frame-restoring force characteristics on the pounding response of multiple-frame bridges”. Earthq. Spectra, 21(4): 1113-1135.
SDC: California Department of Transportation. 2004. “Seismic Design Criteria”. (SDC2004), California Caltrans, Sacramento, CA.