پیشگفتار
زوال و افزایش ناکارآمدی عملکرد سازه های زیر بنایی و شریانهای حیاتی، مهندسین عمران را با چالش های بزرگی مواجه نموده است. در این میان زیرساختهای موجود در بزرگراه ها با کاهش عمر سازه ای، خوردگی مصالح، خسارات ناشی از تصادف، افزایش بارهای ترافیکی و اهداف اقتصادی که نیاز به افزایش باندهای عبوری و نرخ بار عبوری دارند، مواجه می باشند. در سالهای اخیر صنعت پل سازی در حال تحول بوده و این پیشرفت شامل روشهای مقاوم سازی و تکنولوژی ساخت در سازه های بتنی و فولادی می باشد.
مطالعات انجام یافته طی سه دهۀ گذشته و مطالعات اخی ر در دست انجام در چارچوب برنامۀ بهسازی لرزهای پلها در کشور ایران نشان داده است که تعداد قابل اعتنایی از پلهای شهری، راه و راه آهن کفایت لازم برای خدمت رسانی و مقاومت در مقابل نیروهای ناشی از زلزل ۀ محتملالوقوع در عمر مفید باقیمانده، با میزان احتمال وقوع معینِ مورد انتظار در این بازۀ زمانی را دارا نمیباشند. امروزه، به اهمیت مطالعات و اقدامات عملی لازم در ارتباط با ارزیابی آسیب پذیری و در صورت نیاز، بهسازی لرزه ای پلهای موجود، در سطح اجر ایی پی برده شده و به این مطالعات بها داده شده است. با این وجو د به دلیل عدم وجود اسلوب شناسی متحدالشّکل، این مطالعات بدون انجام مطالعات توجیهی و امکان سنجی، ارزیابی اولیه و اولویت بندی در دست انجام بوده است.
نه تنها از دیدگاه خسارات ج انی محتمل در اثر فرو ریزی پلها و انعکاس گسترده اجتماعی چنین ضایعاتی، که لطمه جبران ناپذیری به حیثیت جامعه مهندسی کشور نیز وارد خواهد ساخت، بلکه از لحاظ نقش زیر بنایی که پ ل ها در شبکۀ راه های کشور از نظر ارتباطات اجتماعی، اقتصادی، فرهنگی، امنیتی و همچنین نجات و امداد و فعالیت های مدیریت بحران پس از وقوع زلزله ایفا می نمایند، طبعاً فروریزی یا تحمل خسارات به میزانی که در بهره برداری متعارف و یا محدود آن ها اختلال ایجاد نماید، قابل پذیرش نبوده و لاز م است برای ارزیابی آسیب پذیری و بهسازی لرزهای پلها در چارچوب برنامههای پیشگیرانۀ طرح جامع کاهش آسیب های ناشی از زلزلۀ کشور جایگاه ویژهای قائل شد.
یادآور میگردد که در اغلب آیین نامه های خارجی مورد استفاده در طراحی پل های موجود در کشور،اهمیت محدود نمودن خ سارت در پل های مهم برای خدمت رسانی بلاوقفه پس از وقوع زلزله ای با احتمال وقوع اندک در دوره عمر مفید پل لحاظ نگردیده است. در پایان نامه حاضر، مفاهیم ارزیابی و بهسازی لرزهای پلها بر اساس دیدگاههای مبتنی بر عملکرد و حالات حدی ذیربط ارایه گردیدد.
کلمات کلیدی:
بهسازی لرزه ای
شیوه های بهسازی پلها
ارزیابی آسیب پذیری پلها
فهرست مطالب
بخش اول: کلیات و مفاهیم بنیادین
فصل اول : ملاحظات مقدماتی و مفاهیم عمومی ارزیابی آسیبپذیری و بهسازی لرزهای پلها
-1-1 کلیات 5
-2-1 دامنه کاربرد 5
-3-1 شرایط و محدودیت های کاربرد 6
-4-1 سایر استانداردها و مدارک و متون فنی مرتبط با راهنما . 6
-5-1 سیستم واحدها 6
-6-1 نمادها 7
-7-1 مفاهیم اولیه 7
-8-1 اولویتبندی مطالعات ارزیابی آسیبپذیری و اقدامات عملی بهسازی لرزهای پلها 8
-9-1 مبانی ارزیابی مبتنی بر عملکرد 9
-10-1 مخاطرات ژئوتکنیکی لرزهای 10
-11-1 طبقهبندی اهمیت 10
-12-1 عمر مفید باقیمانده 10
-13-1 ترازهای عملکردی . 11
فصل دوم : فلسفه مطالعات ارزیابی آسیبپذیری و بهسازی لرزهای پلها
-1-2 خلاصه فرایند مطالعات ارزیابی آسیبپذیری . 15
-1-1-2 گروهبندی بهسازی لرزهای 15
-2-1-2 روند عملیاتی بهسازی لرزهای . 16
-3-1- غربال اولیه 16 2
-4-1-2 ارزیابی تفصیلی 17
-2-2 شیوههای بهسازی، ایمنسازی و ارتقای رفتار لرزهای پل 18
-3-2 شناخت وضعیت حاضر پل 19
-4-2 سطوح خطر زمین لرزه . 19
-1-4-2 طراحی و ارزیابی مبتنی بر یک سطح خطر (زمین لرزۀ طراحی) 19
-2-4-2 دیدگاه مبتنی بر دو سطح خطر زمین لرزه . 20
-1-2-4-2 طبقه بندی خاک و ضریب ساختگاه 21
-2-2-4-2 طیف پاسخ طرح . 21
-3-2-4-2 سطوح خطر زمین لرزه 22
-5-2 تهیه طیفهای پاسخ ویژه ساختگاه . 22
-6-2 طیف پاسخ مرتبط با مؤلفه قائم حرکت زمین 23
-7-2 اثر تحریک نامتجانس تکیهگاهها . 23
-8-2 عمرمفید پل . 24
-9-2 معیارهای عملکردی . . 24
-1-9-2 سطوح عملکرد . . 24
-2-9-2 میزان خسارت . 24
فصل سوم :ملزومات بنیادین
-1-3 روند بهسازی لرزه ای پلها . . 27
-1-1-3 ملاحظات اولیه . 27
-2-1-3 انتخاب هدف بهسازی 27
-3-1- جمعآوری اطلاعات . 27 3
-4-1-3 معیار تشخیص نیاز به بهسازی لرزهای . . 27
-5-1-3 مطالعه گزینههای ذیربط و انتخاب گزینه برتر و شیوه بهسازی . 27
-6-1-3 کنترل طرح بهسازی . . 28
-7-1-3 اهداف بهسازی . 28
-8-1-3 سطوح خطر زلزله . 28
-2-3 ملزومات عمومی . 30
-1-2-3 مقدمه . 30
-2-2-3 اطلاعات وضعیت موجود 30
-3-2-3 پیکربندی و مسیر انتقال بارها . 30
-4-2-3 خواص اعضا و اجزای پل . 31
-5-2- اطلاعات ژئوتکنیکی و ویژگیهای ساختگاه . . 31 3
-6-2-3 استراتژی بهسازی لرزهای پل 31
-1-6-2-3 طبقهبندی از نظر اهمیت 32
-2-6-2-3 بهسازی در تراز ایمنی . . 33
-3-6-2-3 بهسازی در تراز بهره برداری . 33
-4-6-2-3 معیارهای اولویت بندی 34
-7-2-3 ترازهای بهرهبرداری 34
-8-2-3 ترازهای خسارت 34
-3-3 مشخصات زلزله در ارزیابی آسیبپذیری و طرح بهسازی لرزهای 34
-1-3-3 روش تک سطحی . 34
-1-1-3-3 ملزومات حداقل در زمینه مشخصههای زلزله بهمنظور ارزیابی آسیبپذیری و بهسازی پلها . 35
-2-1-3-3 طیفهای پاسخ طرح ویژه ساختگاه 35
-3-1-3-3 تاریخچههای زمانی حرکت زمین . 36
فصل چهارم : مفاهیم تحلیل تقاضا
-1-4 تحلیل لرزهای و تعیین آثار ناشی از زمینلرزه (تقاضا در اعضا و اجزا) . 39
-1-1- رفتار سازه پل 39 4
-1-1-1-4 سازه با رفتار الاستیک خطی . 39
-2-1-1-4 سازه با شکل پذیری محدود . 39
-3-1-1-4 سازه با شکل پذیری زیاد 39
-4-1-1-4 سازه مجهز به سیستم های میراگر 40
-5-1-1-4 سازه با پاسخ غلتشی لغزشی 40
-2-4 مدل سازی و تحلیل به منظور ارزیابی کمّی . 40
-1-2-4 تحلیل دینامیکی خطی 40
-1-1-2-4 مدل تحلیل 40
-2-1-2-4 تحلیل طیفی مدی 40
-3-1-2-4 تحلیل تاریخچه زمانی الاستیک . 41
-2-2-4 تحلیل استاتیکی غیر خطی 41
-3-2-4 مدل سازه . 41
-4-2-4 تحلیل دینامیکی غیرخطی 42
-5-2-4 ترکیب آثار ناشی از زلزله . 42
-3-4 تقاضای تغییر مکانی کلی 43
-1-3-4 سازۀ الاستیک 43
-2-3-4 سازههای شکلپذیر(شکلپذیری زیاد یا محدود) پلها 43
-1-2-3-4 نحوه محاسبه تغییر مکان کلی سازه . 43
-2-2-3-4 حداقل ظرفیت تغییر مکانی کلی . 44
3-2-3-4 - معیار پذیرش ظرفیت تغییر مکانی 44
-4-2-3-4 شکلپذیری موضعی 44
-3-3-4 سازۀ مجهز به تمهیدات حفاظتی . 44
-4-3-4 سازههای مستقر بر سیستم غلتشی – دورانی . 44
-5-3-4 تغییر مکانهای طراحی برای تکیهگاههای انبساطی انقباضی . 45
-4-4 تقاضای نیروها و گشتاورها . 45
-1-4-4 سازههای الاستیک . 45
-2-4-4 سازههای شکلپذیر یا دارای شکلپذیری محدود . 45
-3-4-4 سازههای مجهز به تمهیدات حفاظتی 45
فصل پنجم : ارزیابی ظرفیت
-1-5 ظرفیت اعضا . 49
-1-1-5 مقاومت مصالح . 49
-2-1-5 آرایش آرماتورها در اعضای بتن آرمه 49
-2-5 مقاومت اسمی اعضای بتن آرمه پ ل های موجود 49
-1-2-5 آثار ناشی از اضمحلال 50
-2-2-5 ظرفیت شکل پذیری 50
-3-5 مقاومت اسمی اعضای فولادی در پ ل های موجود 51
-1-3-5 آثار ناشی از اضمحلال 51
-2-3-5 ظرفیت شکل پذیری 51
فصل ششم : شیوه های بهسازی و نحوۀ ارائه طرح بهسازی لرزه ای
-1-6 کلیات . 55
-2-6 طراحی ظرفیتی . 55
-3-6 ذخیره مقاومتی برای اعضاء حفاظت شده از نظر ظرفیتی . 55
56 PΔ -4-6 آثار موسوم به
-5-6 شیوههای عمومی بهسازی پلها 56
-1-5-6 شیوههای بهسازی کف عرشه پل 56
-2-5-6 اتصالات و تکیه گاه ها . 56
-3-5-6 طراحی قیود ممانعت کننده از فروافتادن عرشه از تکیهگاه . 57
-4-5-6 بهسازی پی . 58
-6-6 مطالعات و مخاطرات ساختگاهی 59
-1-6-6 کلیات 59
-2-6-6 ناپایداری شیروانی ها 59
-3-6-6 روانگرایی 60
-4-6-6 تغییرات فشار جانبی خاک . 60
-7-6 اندر کنش خاک سازه 60
-8-6 سر فصلهای کلی مطالعات در زمینه ارزیابی آسیبپذیری و بهسازی لرزهای پلها 61
بخش دوم: ارزیابی آسیبپذیری لرزهای پل
فصل هفتم : مفاهیم بنیادین و فلسفه مطالعات ارزیابی آسیبپذیری و بهسازی لرزهای
-1-7 معیارهای عملکردی . 67
-1-1-7 سطوح عملکرد . 67
-1-1-1-7 سطح عملکرد (ع 0 ) خدمت رسانی کاملاً بی وقفه . 67
-2-1-1-7 سطح عملکرد (ع 1) قابلیت بهرهبرداری بی وقفه . 67
-3-1-1-7 سطح عملکرد (ع 2) قابلیت بهره برداری محدود . 67
-4-1-1-7 سطح عملکرد (ع 3) ایمنی جانی . 67
-5-1-1-7 سطح عملکرد (ع 4) آستانه فروریزش 68
6-1-1-7 - سطح عملکرد (ع 5) ملحوظ نشده . 68
-2-1-7 میزان خسارت . 68
-1-2-1-7 (خ 0) عدم اعمال خسارت . 68
-2-2-1-7 (خ 1) خسارت جزئی . 68
-3-2-1-7 (خ 2) خسارت حداقل . 69
-4-2-1-7 (خ 3) خسارات قابل ملاحظه . 69
-5-2-1-7 (خ 4) خسارات عمده و گسترده . 70
6-2-1-7 -(خ 5) فروریزی کلی یا بخشی از پل . 71
-2-7 سطوح خطر زمین لرزه . 71
-3-7 عمر مفید باقیمانده قابل تخمین پل قبل از بهسازی برای بهرهبرداری متعارف 72
-4-7 ترازهای عملکردی پیشنهادی. 73
-5-7 سطوح خطر پذیری لرزه ای ساختگاه 75
-1-5-7 اثر بزرگنمائی حرکت زمین توسط خاک 75
-6-7 گروه بندی بهسازی لرزه ای پل . 76
-7-7 غربال اولیه 77
78 . -1-7-7 غربال و تشخیص نیاز به بهسازی و اولویتبندی در سطح خطر 1
-1-1-7-7 ارزیابی کیفی 78
2-1-7-7 - ارزیابی کمی اولیه 78
79 -3-1-7-7 تدابیر بهسازی لرزه ای اولیه برای سطح خطر 1
-8-7 ادامه روند مطالعات 79
79. ( -1-8-7 ارزیابی اولیه در سطح خطر (ز 2
-1-1-8-7 گروه بهسازی لرزه ای (الف) 79
80 ( -2-1-8-7 ملزومات حداقل برای سطح خطر (ز 2
81. ( -3-1-8-7 غربال و اولویت بندی برای سطح خطر (ز 2
-9-7 روشهای ارزیابی تفصیلی 82
-1-9-7 تحلیل به منظور کنترل طول نشیمن و نیروها در اتصالات، بدون تحلیل تقاضای اعضا و سیستم 82
-2-9-7 کنترل به منظور بررسی ظرفیت اعضا و اجزا . 82
-3-9-7 کنترل نسبت های ظرفیت به تقاضای عضو به عضو و جزء به جزء 82
-4-9-7 روش طیف ظرفیتی 83
-5-9-7 روش نسبت ظرفیت به تقاضای مجموعه سازه . 83
-6-9-7 روش تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی 83
-7-9-7 روش ارتعاشات تصادفی . 84
-8-9-7 ملزومات حداقل تحلیل آسیب پذیری پلها 84
-10-7 جمع بندی . 84
فصل هشتم : روشهای تحلیل تقاضا و ارزیابی نسبتهای ظرفیت به تقاضا
-1-8 کنترل جزییات اجرایی اتصالات و طول نشیمن سازه عرشه بر تکیهگاهها . 89
-1-1-8 کنترل طول نشیمن . 89
-2-8 کنترل ظرفیت اعضا و اجزا 90
-1-2-8 محدودیت ها در کاربرد روش 91
-3-8 ارزیابی به روش تعیین نسبت ظرفیت به تقاضا 94
-1-3-8 انتخاب روش تحلیل . 96
-1-1-3-8 روش اعمال بار یکنواخت 96
-2-1-3-8 روش تحلیل طیفی چند مودی 99
-3-1-3-8 روش آنالیز دینامیکی تاریخچه زمانی خطی 100
-2-3-8 محدودیتهای کاربرد روش نسبت ظرفیت به تقاضای اعضا و اجزای پل 102
-4-8 روش طیف ظرفیت 102
-1-4-8 اسلوبشناسی 102
-2-4-8 ظرفیت پل . 103
-1-2-4-8 کلیات . 103
-2-2-4- منحنی ظرفیت پل . 104 8
-3-4-8 تقاضای ناشی از اعمال آثار مخرب زمین لرزه بر سازه . 107
-4-4-8 طیف نسبت ظرفیت به تقاضا . 109
-1-4-4-8 محاسبۀ نسبتهای ظرفیت به تقاضای پل . 109
-2-4-4-8 محاسبۀ پاسخ پل 111
-5-4-8 محدوده کاربرد روش طیف ظرفیت . 116
-5-8 روش بررسی نسبت ظرفیت به تقاضای سازه ( روش بار افزون) 116
-1-5-8 ارزیابی ظرفیت تغییرمکانی پل . 116
-2-5-8 محاسبه تقاضا . 118
-3-5-8 محدودیت روش ارزیابی نسبت ظرفیت به تقاضای سازه پل 119
-6-8 ارزیابی به کمک روش دینامیکی غیرخطی 119
فصل نهم : ارزیابی کمّی ظرفیت
-1-9 مراحل ارزیابی کمّی 125
-2-9 ارزیابی پل از دیدگاه طراحی مفهومی لرزه ای 125
-1-2-9 مسیر انتقال بارها 125
-2-2-9 مدلسازی پلها برای تحلیل تقاضا . 126
-1-2-2-9 توزیع جرم . 127
-2-2-2-9 مدلسازی سختی و خواص مصالح 128
-3-2-2-9 مدلسازی پایهها 128
-4-2-2-9 سازۀ عرشه 130
-5-2-2-9 میرایی . 131
-3-9 جابهجایی دایمی خاک . 132
-4-9 ترکیب آثار ناشی از زلزله . 132
-1-4-9 بارگذاری لرزهای در یک امتداد 132
-2-4-9 ترکیب نیروهای ناشی از زلزله در دو یا سه امتداد متعامد . 132
133. % -3-4-9 ترکیب به نسبتهای 100 % و 30
-4-4-9 ترکیب پاسخ برای اعضاء تحت خمش دو محوری 133
-5-9 آثار شتاب قائم حرکت زمین . 134
-6-9 مقاومت اعضا . 135
135 Sn ، -1-6-9 مقاومت اسمی
135. Sd ، -2-6-9 مقاومت طراحی
136 Se ، -3-6-9 مقاومت مورد انتظار
136 So ، -4-6-9 مقاومت افزون
-7-9 مفاهیم طراحی ظرفیتی . 137
-1-7-9 پایه تک ستونی . 137
-2-7-9 پایههای چند ستونه . 137
-8-9 ظرفیت مقاومتی اعضای پل . 139
-1-8-9 مقاومت خمشی ستونها و تیرهای بتنآرمه 139
-1-1-8-9 مقاومت خمشی مورد انتظار 139
-2-1-8-9 ظرفیت افزون خمشی 140
-3-1-8-9 مقاومت خمشی ستون دارای وصله آرماتور در ناحیه تشکیل مفصل پلاستیک . 142
-2-8-9 مقاومت برشی ستونها و تیرهای بتنآرمه . . 143
143 . Vi -1-2-8-9 مقاومت برشی اولیه
144 . Vf ، -2-2-8-9 مقاومت برشی نهایی
-3-8-9 مقاومت برشی اتصالات تیر به ستون . 145
-1-3-8-9 مقاومت برشی اتصال . . 145
ji ، -2-3-8-9 حداکثر مقاومت اتصال تیر به ستون V
(مقاومت برشی اولیه) 145
jf ، -3-3-8-9 مقاومت اتصال تیر به ستون ترکخورده V
(مقاومت برشی نهایی پسماند) 145
-4-8-9 ظرفیت تغییرشکل اعضای پل . . 146
p ، -1-4-8-9 انحنای پلاستیک و دوران مفصل پلاستیک φ
146
p ، -2-4-8-9 دوران مفصل پلاستیک θ
147 . .
-5-8-9 حالات حدی مبتنی بر تغییر شکل 147
-1-5-8-9 خرابی فشاری بتن غیر محصور . . 147
-2-5-8-9 خرابی فشاری بتن محصور . 147
-3-5-8-9 کمانش آرماتورهای طولی 148
-4-5-8-9 شکست فولاد طولی . 148
-5-5-8-9 خستگی کم تواتر فولاد طولی . . 148
-6-5-8-9 خرابی در ناحیه وصله آرماتورهای طولی . . 149
-7-5-8-9 حالت طول وصلة بلند . 149
-8-5-8-9 حالت طول وصله کوتاه 149
فصل دهم : ارزیابی شالوده و پی
راهنمای بهساز ی لرزهای پلها
-1-10 کلیات . 153
-2-10 مدلسازی 153
-1-2-10 شالودههای سطحی منفرد 153
-2-2-10 پیهای شمعی . 154
-3-2-10 سختی و ظرفیت شالودهها . . 154
-3-10 ارزیابی شالودههای منفرد سطحی . 155
-1-3-10 شالودههای انعطافپذیر 157
-2-3-10 پارامترهای ظرفیت پی . 157
-4-10 دیوارهای حایل پایههای کناری . . 158
-1-4-10 ظرفیت پایه کناری . 159
-1-1-4-10 در امتداد طولی . 159
-2-1-4-10 محاسبه نیروی ناشی از فشار مفعولی 160
-3-1-4-10 محاسبه سختی کوله در امتداد طولی 160
-2-4-10 تقاضای تغییر مکانی شالوده . 161
-1-2-4-10 منابع ایجاد تقاضای تغییر مکانی متزاید 161
پیوستها
پیوست الف- تحلیل لرزهای پل ها . . 165
پیوست ب- مفاهیم طراحی ظرفیتی . 197
پیوست پ- راهنمای بهسازی لرزه ای 203
پیوست ت- روند عملیاتی ارزیابی به روش نسبت ظرفیت به تقاضا . 213
پیوست ث- جدول توجیه فنی و اقتصادی طرح بهسازی . 247
پیوست ج- راهنمای مطالعات میدانی و گردآوری اطلاعات . 251
پیوست چ- شناسنامه فنی فشرده پلها . 295
پیوست ح- روشهای پیشبینی عمر مفید باقیمانده پلهای بتنی . . 313
پیوست خ- مثال کاربردی . . 321
فهرست مراجع 387
واژه نامه 393
خلاصه انگلیسی
