بررسی موردی عددی رفتار لرزه ای پل قوسی بنایی و تقویت آن با استفاده از الیاف cfrp

بسیاری از پل های قوسی بنایی موجود برای تحمل بارهای زلزله طراحی نشده اند، لذا ارزیابی از مقاومت و یا آسیب پذیری و به طور کلی بررسی عملکرد لرزه ای این پل ها از اولویت خاصی برخوردار است، با توجه به اینکه برخی از این پل ها در زمره ی آثار ملی و میراث فرهنگی ملل نیز قرار گرفته اند. در این پایان نامه مدلسازی سه بعدی شامل تمام اجزاء متشکله از پل قوسی بنایی پرستوود (در انگلستان) یعنی قوس، دیوارهای پیشانی و خاکریزی، با استفاده از روش عددی اجزاء محدود (و با استفاده از نرم افزار آباکوس) صورت پذیرفته است. به جهت اعتبار سنجی اولیه از نحوه مدلسازی و نیز صحت پارامترهای انتخاب شده مصالح، پل قوسی بنایی پرستوود انگلستان تحت بارگذاری استاتیکی فزآینده - که نتایج تجربی آن موجود بود- قرار گرفت و با توجه به انطباق عالی منحنی نیرو-تغییر مکان و نیز رفتار نمونه عددی با نمونه تجربی، اعتبار و صحت سنجی مدل عددی مورد تایید قرار گرفت. در ادامه، مدل عددی پل قوسی فوق، تحت شتاب نگاشت های زلزله های مختلف (با مقادیر pga و محتوای فرکانسی متفاوت) چون هلنای آمریکا، چی چی تایوان، نورثریج آمریکا، و طبس ایران قرار گرفت و نتایج حاصله مورد بررسی، مقایسه و ارزیابی قرار گرفتند. به طور کلی علاوخ بر شدت زلزله، مکانیزم خرابی سازه نیز در باربری و تحمل نهایی سازه موثر می باشد. تحت زلزله های متوسط (با g 2/0pga<) پل تقریبا با سختی نزدیک به هم عمل نموده است. هرچند تحت زلزله های شدید، کاهش زیاد در سختی سازه رخ می دهد. تحت زلزله های شدید مانن طبس، خرابی پل تحت تشکیل مفاصل در قوس بوده لذا تنش ها در مصالح قوسی زیر حد خرابی قرار داشتند. تحت زلزله های شدید با محتوای فرکانسی بالا (مثل طبس و نورثریج)، صدمات کلی گسترده ی شدیدی به قوس و دیوارهای پیشانی وارد گردید و مودهای ارتعاشی بالاتر سازه را تحریک می کردند، در حالیکه که زلزله های متوسط (هلنا و چی چی) تخریب کمتری در سازه پل، معمولا در دیوارهای پیشانی و با تحریک مودهای پایین ایجاد کردند. مدل عددی تقویت شده از این پل توسط الیاف cfrp، تحت بارگذاری استاتیکی و لرزه ای هلنا در سه جهت نیز قرارگرفت، تا عملکرد الگوی تقویت شده و میزان افزایش مقاومت سازه بررسی گردد. میزان درصد افزایش نسبت نیرو به وزن سازه بر حسب درصد الیاف به کار رفته تحت بار استاتیکی برابر 39 %و تحت بارگذاری زلزله هلنا برابر 6 % می باشد. در ادامه نیز، به جهت ارزیابی رفتار پل قوسی بنایی تحت بارهای چرخه ای طبق پروتکل atc-24، تحت بارگذاری چرخه ای مشخص گردید نیروهای وارده، سختی معادل سازه و انرژی استهلاکی برای هر دو مدل اصلی و تقویت شده پل قوس بنایی به مراتب کمتر از موارد مشابه تحت بارهای زلزله های حتی متوسط می باشند لذا از آنالیز چرخه ای به عنوان جایگزین مناسبی برای آنالیز لرزه ای نمی باشد. هم چنین به جهت انجام مطالعات پارامتری، در مدل عددی جدید از پل قوسی بنایی فوق با دو و چهار برابر ارتفاع خاکریزی روی تاج آن، تحت زلزله های هلنا و چی چی قرار گرفت که بعضا بر خلاف انتظار با افزایش ضخامت خاکریزی، سختی و بارپذیری سازه تحت تاثیر تغییر در رفتار و مکانیزم های خرابی کاهش می یابد. واژه های کلیدی: پل قوسی بنایی، روش اجزا محدود، بار زلزله، بار چرخه ای، تقویت با الیاف