در سال های اخیر پیشرفت های چشمگیری در زمینه بهسازی و مقاوم سازی ساختمان ها در کشور ما صورت گرفته ولی با این حال در زمینه سازه های زیربنایی همانند پل ها هنوز مجموعه كاملا مدونی ارائه نشده است. بسیاری از پل های موجود در كشور ما براساس آئین نامه های قدیمی طراحی شده اند كه با دگرگونی آئین نامه ها این پل ها توان لازم برای تحمل زلزله های متوسط تا قوی را ندارند. در همین راستا آسیب پذیری لرزه ای پل شهید حقانی تهران به صورت تفصیلی مورد مطالعه قرار گرفته است، بررسی تفصیلی به دو صورت كیفی و كمی انجام می شود لذا نیروهای اعضای اصلی پل از جمله ستون ها و دیگر اجزا با بهره گرفتن از تحلیل دینامیكی طیفی محاسبه و براساس آئین نامه 95 FHWA با بهره گرفتن از روش نسبت ظرفیت به تقاضا، نقاط ضعف احتمالی پل بیان می شود. نسبت های كوچكتر از یك مورد ارزیابی برای بهسازی قرار خواهند گرفت و در نهایت با توجه به مسائل اقتصادی و اجرایی، بهسازی مد نظر قرار می گیرد و طرح های لازم برای بهسازی ارائه می شود. پل مورد مطالعه بتنی و در پلان دارای قوس می باشد، مدل سازی پل بوسیله نرم افزار SAP 2000 V15 انجام شده است. نتایج حاصل از تحلیل ها نشان از ضعف پل در برخی قسمت ها دارد. نسبت ظرفیت به تقاضای خمشی و محوری برخی از پایه های پل به خصوص پایه های میانی نامناسب بوده که نیاز به مقاوم سازی دارند. کوله های پل و پایه های موجود در زیر آن مناسب ارزیابی می شوند. عرشه سلولی پل از دیدگاه خمشی و برشی مورد ارزیابی تحلیلی قرار گرفت و کفایت آن تأیید شد. طول وصله و محل وصله آرماتورها مناسب ارزیابی می شود. درخصوص پهنای نشیمن مورد نیاز، مشکلی مطابق آیین­نامه مشاهده نشد، اما از آنجا که عرشه پل نسبت به کوله­ها مورب است، مؤلفة طولی نیروی زلزله در نشیمن­گاه هم واکنش طولی و هم عرضی دارد بنابراین پیشنهاد می شود عرشه به وسیله میل مهار به نشیمن گاه متصل شود. برای جلوگیری از حرکت خاک در هنگام زلزله از بین پایه های کوله باید تدابیر لازم اتخاذ شود. در نهایت براساس اصول مهندسی ارزش و بررسی های انجام شده پیشنهاد می شود که مقاوم سازی پایه ها به روش پس کشیدگی خارجی توسط الیاف های CFRP ارزیابی و انجام شوند.

واژه‌های كلیدی: آسیب پذیری، نسبت ظرفیت به تقاضا، طرح لرزه ای، پل های بتن آرمه

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                            صفحه

فصل 1: بیان گفتار ……………………………………………………………………………………………………….1

1-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………….. 2

1-2- هدف از تحقیق و اهداف آن …………………………………………………………………………………. 2

1-3- ساختار پایان نامه……………………………………………………………………………………………………… 5

فصل 2: کلیات و تاریخچه آسیب های وارده به پل ها در زلزله های گذشته……………………..6

2-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………….. 7

2-2- اثر زلزله های بزرگ برپل ها ……………………………………………………………………………………………………… 7

    2-2-1- تغییر مكان های لرزه ای………………………………………………………………………………………………. 13

    2-2-2- آسیب دیدگی های كوله………………………………………………………………………………………………. 15

    2-2-3- آسیب های ایجاد شده در سطح عرشه……………………………………………………………………….. 16

    2-2-4- آسیب دیدگی های نشیمن گاه (كلید های برشی)……………………………………………………. 17

    2-2-5- بررسی رفتار لرزه ای پایه های پل……………………………………………………………………………….. 18

    2-2-6- آسیب های وارده به دال های دسترسی یا پیش دال ها…………………………………………… 22

    2-2-7- تأثیر ساختار هندسی بر سازه پل………………………………………………………………………………… 23

    2-2-8- شكست  فنداسیون ……………………………………………………………………………………………………… 24

    2-2-9- آسیب پذیری تكیه گاه و اتصالات ………………………………………………………………………………. 24

    2-2-10- خرابی های قابل قبول از نظر آئین نامه آشتو ………………………………………………………… 25

    2-2-11- خرابی های غیر قابل قبول از نظر آشتو…………………………………………………………………… 25

    2-2-12- اثرات تخریبی زلزله بر پل های ایران ………………………………………………………………………. 27

2-3- تحقیقات انجام شده در زمینه اثر زلزله بر پل ها …………………………………………………………………. 28

2-4- تحقیقات انجام شده در زمینه اثر زلزله بر پل ها در ایران……………………………………………………. 30

    2-4-1- تحقیقات انجام شده در زمینه بررسی آسیب پذیری كمی پل ها…………………………….. 30

2-5- معیارهای عملکردی…………………………………………………………………………………………………………………. 32

2-6- خلاصه فصل :…………………………………………………………………………………………………………………………… 34

فصل 3: ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای پل ها به روش كمی و مبانی نظری آنها……………….35

3-1-  مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………… 36

3-2- حالات حدی طراحی و ارزیابی سازه………………………………………………………………………………………. 36

     3-2-1- حالات حدی اعضا………………………………………………………………………………………………………… 36

     3-2-2- حالات حدی سازه……………………………………………………………………………………………………….. 37

3-3- ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای…………………………………………………………………………………………………. 38

3-4- روش های ارزیابی آسیب پذیری…………………………………………………………………………………………….. 38

    3-4-1- روش های طبقه بندی………………………………………………………………………………………………….. 39

    3-4-2- روش های بازرسی و امتیازدهی…………………………………………………………………………………… 40

    3-4-3- روش های تحلیلی ارزیابی آسیب پذیری…………………………………………………………………….. 40

    3-4-4- روش های آزمایشگاهی ارزیابی آسیب پذیری……………………………………………………………. 40

3-5- ارزیابی تحلیلی آسیب پذیری پل ها……………………………………………………………………………………….. 41

3-6- ارزیابی تفصیلی آسیب پذیری مطابق با FHWA – 95 ……………………………………………………….. 41

    3-6-1- جمع آوری اطلاعات در خصوص پل مورد نظر…………………………………………………………… 41

    3-6-2- بازرسی محلی………………………………………………………………………………………………………………… 41

    3-6-3- ارزیابی كمی اجزای پل…………………………………………………………………………………………………. 42

3-7- مطالعات كمی آسیب پذیری پل…………………………………………………………………………………………….. 42

    3-7-1- دستورالعمل ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای پل…………………………………………………………… 42

3-8- روش های ارزیابی آسیب پذیری پل ها مطابق دستورالعمل FHWA – 95………………………. 43

    3-8-1- روش ارزیابی براساس نسبت ظرفیت به تقاضا ………………………………………………………….. 43

    3-8-2- روش ارزیابی براساس مقاومت جانبی سازه پل …………………………………………………………. 47

3-9- مبانی مدل سازی سازه ای………………………………………………………………………………………………………. 48

    3-9-1- مدل واقعی ……………………………………………………………………………………………………………………. 48

    3-9-2- ساخت مدل آزمایشگاهی با ابعاد كوچكتر از ابعاد واقعی…………………………………………… 48

    3-9-3- به كار گیری مدل تحلیلی…………………………………………………………………………………………….. 49

3-10- انتخاب روش مدل سازی تحلیلی…………………………………………………………………………………………. 49

    3-10-1- روش های گوناگون مدلسازی سازه

 

پل…………………………………………………………………….. 50

3-11- رفتار سازه پل………………………………………………………………………………………………………………………… 54

    3-11-1- سازه با رفتار الاستیک خطی…………………………………………………………………………………….. 54

    3-11-2- سازه با شکل پذیری محدود………………………………………………………………………………………. 54

    3-11-3- سازه با شکل پذیری زیاد……………………………………………………………………………………………. 54

3-12- روند کلی ارزیابی آسیب پذیری و بهسازی لرزه ای پل ها…………………………………………………. 55 

3-13- خلاصه فصل……………………………………………………………………………………………………..56

فصل 4: ارزیابی لرزه ای پل شهید حقانی تهران…………………………………………………………..57

4-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………… 58

4-2- مشخصات عمومی پل مورد مطالعه…………………………………………………………………………………………. 59

4-3- میزان اهمیت پل شهید حقانی……………………………………………………………………………………………….. 60

4-4- مشخصات فنی پل……………………………………………………………………………………………………………………. 61

    4-4-1- طبقه بندی پل………………………………………………………………………………………………………………. 61

    4-4-2- مشخصات ساختگاه پل………………………………………………………………………………………………….. 61

4-5- مشخصات و جزئیات اجزای پل مورد مطالعه…………………………………………………………………………. 63

    4-5-1- روسازه………………………………………………………………………………………………………. 63

    4-5-2- زیر سازه و قسمت های اصلی پل………………………………………………………………………………… 64

4-6- مطالعات میدانی و وضعیت موجود پل……………………………………………………………………………………. 66

    4-6-1- وضعیت عرشه……………………………………………………………………………………………………………….. 66

4-7- پردازش و تجزیه و تحلیل وضعیت موجود پل……………………………………………………………………….. 70

4-8- مدلسازی پل مورد مطالعه و بارگذاری آن………………………………………………………………………………. 71

    4-8-1- طیف طرح استاندارد 2800………………………………………………………………………………………… 72

    4-8-2- مشخصات هندسی اعمال شده پل در شبیه سازی عددی………………………………………… 72

    4-8-3- تعیین مقاومت های درج شده در مدارک فنی (مقاومت مشخصه)…………………………… 74

    4-8-4- بارهای وارد به سازه………………………………………………………………………………………………………. 75

4-9- تعیین ظرفیت اجزای سازه……………………………………………………………………………………………………… 78

4-10- نتایج تحلیل……………………………………………………………………………………………………………………………. 78

    4-10-1- تغییر مکان های ناشی از بارهای قائم………………………………………………………………………. 78

    4-10-2- مقادیر لنگر خمشی، نیروی برشی و نیروی محوری ایجاد شده در عرشه پل……….. 79

    4-10-3- مقادیر لنگر خمشی، نیروی برشی و نیروی محوری در سرستون ها……………………… 81

    4-10-4- مقادیر لنگر خمشی، نیروی برشی و نیروی محوری در کوله ها…………………………….. 86

    4-10-5- مقادیر لنگر خمشی، نیروی برشی و نیروی محوری در پایه ها………………………………. 90

    4-10-6- مودهای نوسان طبیعی سازه……………………………………………………………………………………… 95

    4-10-7- تصویر مود ارتعاشی غالب…………………………………………………………………………………………… 97

    4-10-8- تغییرمکان های ناشی از بار زلزله……………………………………………………………………………… 97

4-11- ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای بر مبنای دستورالعمل FHWA-95……………………………….. 100

4-12- نسبت ظرفیت به تقاضا ستون ها و پایه های بتن مسلح………………………………………………… 101

    4-12-1- تعیین مقادیر ظرفیت لرزه ای نیرو و لنگر برای پایه های پل……………………………… 101

    4-12-2- مقادیر تقاضا نیرو و لنگر ستون ها…………………………………………………………………………. 103

    4-12-3- تعیین نسبت ظرفیت ارتجاعی به تقاضای نهایی خمشی ستون…………………………. 104

    4-12-4- نسبت ظرفیت به تقاضا تغییر مکان پایه ها…………………………………………………………… 113

4-13- ارزیابی مقاومت دال عرشه……………………………………………………………………………………………………..114

     4-13-1- ارزیابی مقاومت خمشی دال………………………………………………………………………………………..115

     4-13-2- ارزیابی مقاومت برشی دال…………………………………………………………………………………………..115

4-14- نسبت ظرفیت به تقاضا اعضای غیر باربر ………………………………………………………………………. ..116

    4-14-1- پهنای نشیمن گاه روی کوله ها……………………………………………………………………………… 116

    4-14-2- مهار آرماتورهای طولی ستون…………………………………………………………………………………. 118

    4-14-3- وصله آرماتورهای طولی ستون……………………………………………………………………………….. 120

4-15- مهندسی ارزش در امر مقاوم سازی ………………………………………………………………………………… 124

   4-15-1- روش و هزینه انجام مقاوم سازی…………………………………………………………………………….. 125

   4-15-2- بهسازی پل بر اساس مهندسی ارزش……………………………………………………………………… 125

4-16- انواع روش های بهسازی پل مورد مطالعه………………………………………………………………………… 128

4-17- گزینه های پیشنهادی برای مقاوم سازی لرزه ای پل مورد مطالعه………………………………… 133

فصل 5: جمع‌بندی و پیشنهادها ………………………………………………………………………………134

5-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………135

5-2- نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………… .135

5-3- پیشنهادها……………………………………………………………………………………………………… 137

مراجع…………………………………………………………………………………………………………… 140

پیوست‌            144

مقدمه
اهمیت در نظر گرفتن اثرات زلزله در طراحی سازه های مهندسی برای اولین بار در سال 1923 پس از آسیب های مخرب زلزله كانتو[1] (جزیره هونشو[2] در ژاپن) به رسمیت شناخته شد. در آن روزها پل ها بر اساس فن آوری از ایالات متحده آمریکا، انگلستان، آلمان و فرانسه بدون توجه به اثرات اختلالات لرزه ای ساخته می شدند. آسیب های معمولی بر اثر زلزله در آن زمان به صورت تغییر مكان جانبی بود، كه این عامل باعث فروپاشی كل سیستم پل می شد این یک آسیب معمول بود که اثرات لرزه ای در آن در نظر گرفته نمی شد، یا وقتی که طراحی لرزه ای به ویژه برای پایه کافی نبود، این نوع آسیب در سال 1920 تا1950 بیشتر در پل ها نمایان شد. از همین رو اقدامات متقابل لرزه ای پس از زلزله 1923 كانتو آغاز شد. روش نیروی جانبی استاتیکی معادل با بهره گرفتن از ضریب لرزه ای 1/0-3/0 بر اساس روش طراحی تنش مجاز، که اغلب به روش ضریب لرزه ای نامیده می شود به عنوان روشی برای مقابل با نیروی زلزله تعیین شد و برای اولین بار در طراحی پل ها در سال 1927 به ثبت رسید. از آن زمان بر اساس آسیب لرزه ای و پیشرفت تحقیقات عمل طراحی لرزه ای بهبود یافت. ولی با این حال هنوز دانش طراحی در مرحله اولیه و بیشتر برای اطمینان از عملکرد لرزه ای بود به همین خاطر بسیاری از عوامل مهم دیگر مانند میدان حرکت واقعی زمین، شکل پذیری و پاسخ دینامیکی و نکات دیگر در طراحی ها شامل نمی شد ولی این شروعی بود برای مقابله با اثر زلزله بر سازه.