آنچه که در این تحقیق مورد نظر است ، بهینه سازی سیستم های پل و تیرهای بتنی پیش تنیده مربوطه می باشد. در این زمینه یک سری از متغیرهای طراحی که در تعیین طرح بهینه موثر می باشند، یک تابع هدف که شایستگی طرحهای مختلف را اندازه گیری می کند و همچنین گروهی از قیود طراحی که مربوط به کنترل ضوابط آئین نامه ای می باشند، برای سازه پل در نظر گرفته می شوند. همچنین چهار پارامتر مهم که می توانند تاثیر بسیار زیادی روی هزینه داشته باشند، در روند بهینه سازی تغییر داده می شوند. این چهار پارامتر شامل شکل و سطح مقطع تیرها، فاصله عرضی تیرها، تعداد و طول دهانه می باشد. بهینه سازی انجام شده شامل بهینه سازی اجزاء(تعیین مقدار بهینه متغیرها) و ترکیب اعضای طولی(نعداد دهانه) و عرضی(تعداد تیر در عرض ) پل می باشد، بطوریکه در ابتدا با انتخاب هر کدام از پارامترهای چهارگانه فوق و با انجام روند بهینه سازی، مقدار بهینه متغیرهای طرح شامل نیروی پیش تنیدگی، خروج از مرکزیت کابلها، مقاومت فشاری بتن تیر، ضخامت دال، میزان فولادهای غیرپیش تنیدگی در دال و فاصله آرماتورهای برشی تیر بدست می آید. سپس طرحهای مختلف با توجه به هزینه موثر نسبی آنها نسبت به هم مقایسه شده و اقتصادی ترین طرح از لحاظ سطح مقطع تیرها و ترکیب اعضای طولی و عرضی مشخص می شود. بدین ترتیب روند بهینه سازی بکار برده شده در این تحقیق می تواند جهت تعیین طرح بهینه مقاطع بتنی پیش تنیده و آرایش اعضاء در جهت طولی و عرضی پل مناسب باشد. از مهمترین نتایج بدست آمده به این صورت می باشد که استفاده از تیرهای عمیق تر با مقاومت بتن کمتر نسبت به تیرهای کم عمق تر با مقاومت بتن بیشتر، اقتصادی تر می باشد. همچنین فاصله بهینه تیرها تقریبا"ثابت و برابر 2/8 متر می باشد. در تمام طرحهای بهینه مورد تحقیق، قیود تنش فشاری در مرحله انتقال و تنش کششی در مرحله بهره برداری فعال بودند ، قید تنش کششی در مرحله انتقال، تنها برای دهانه های کوتاه فعال بود. همچنین به منظور نشان دادن دامنه کاربرد نتایج بدست آمده نسبت به فرضیات و متغیرهای در نظر گرفته شده، تحلیل حساسیت مسئله بهینه سازی انجام شده و حساسیت تابع هدف نسبت به فرضیات و متغیرهای مسئله نشان داده می شود.

از آنجا که درا کثر مراجع و آئین نامه های معتبر در مورد محدودیت ابعاد بازشوها در نقاط مختلف در دالهای بتن آرمه و نحوه تقویت آنها بصورت کلی برخورد شده لذا بر آن شدیم، که با ارائه این رساله پیرامون تاثیر بازشوهای مربعی در دالهای بتن آرمه یک دهانه با شرایط تکیه گاهی متنوع و دال تحت چنددهانه واقع بر روی تعدای ستون به تحقیق جامعی پرداخته شود. به این منظور برای برخورد دقیق با مسئله از روش اجزاء محدود جهت آنالیز مدلهای مورد نظر استفاده گردید و برای تجزیه و تحلیل نتایج، دو آئین نامه بتن آمریکا(aci) و انگلیس (bs) مبنای مقایسه قرار داده شده اند و با استفاده از آنها با درنظرگرفتن محدوده های مجاز آئین نامه ای جهت محدودیت در ابعاد بازشو و همچنین توصیه های آئین نامه ای در مورد تقویت در لبه های بازشو، به ایجاد بازشوهای مربعی بصورت ضریبی ازابعاد دهانه دال در محدوده های مجاز و خارج از آن در محل تلاقی دو نوار میانی، دو نوار ستونی و تلاقی نوار میانی و نوار ستونی اقدام شده و در مواردی برای بازشوهای واقع در حد مجاز با اضافه نمودن ضخامت دال در لبه بازشو تقویت توصیه شده در آئین نامه را مدل نموده و سپس تک تک آنها تحت تاثیر بار گسترده قائم آنالیز شده اند. پس از آنالیز مدلهای مورد نظر به ترسیم کانتور تنش خمشی و دیاگرام ممان خمشی در لبه بازشوها و در مجاورت تکیه گاهها برای دال توپر، دال همراه بازشو با و بدون تقویت درلبه ها اقدام شده است . و پس از بررسی نتایج به مواردی برخورد شد که یک سری از آنها در آئین نامه ها پیش بینی و توصیه هائی در زمینه تقویت آنها انجام گرفته است ، ازجمله افزایش ممان در لبه بازشو، که طبق آئین نامه ها بایستی مقدار فولاد قطع شده توسط بازشو به طرفین آن اضافه گردد. نتایج حاصله نشانگر این مطلب می باشند که این مقدار فولاد قادر است ممان اضافی در لبه بازشو را متعادل نماید و به حد ممان در دال توپر یا حتی کمتر از آن برساند ولی مسئله شایان توجه آنست که با ایجاد بازشو در نواحی مختلف دال، افزایش ممان منفی برای نقاط محدودی در مجاورت تکیه گاهها مشاهده می شود که ذکری از آن در آئین نامه ها نمیشود و این ممان اضافی توسط مدل تقویت شده در لبه بازشو هم به حد دال توپر نمی رسد. مسئله دیگر آنکه در پاره ای موارد مشاهده گردید، ممان در لبه بازشو از حد دال توپرهم کمتر گشته و در این مواد عملا" نیازی به تقویت اطراف بازشو نمی باشد که مورد اخیر ازجمله مواردی است که آئین نامه ها بصورت محافظه کارانه با آن برخورد نموده که می تواند جنبه اقتصادی قابل توجهی داشته باشد و از طرفی ملاحظه شد که با بکار بردن تقویت درلبه بازشوها و در مجاورت ستونها می توان ابعاد بازشوها را از آنچه در این مراجع ذکر شده زیادتر نمود.

باتوجه به مزیت های استفاده از مقاطع جعبه ای نسبت به سایر مقاطع پیش ساخته پیش تنیده در ساخت پل های بتنی، امروز مصرف این مقاطع متداول و از اهمیت خاصی برخوردار است (خصوصا برای دهنه های متوسط یعنی بین 40 تا 150 متر) اما بعلت کثرت پارامترهای موثردر طراحی این مقاطع ازجمله شرایط تکیه گاهی، متغیرهای هندسی (ابعاد و ضخامتهای مقاطع طولی و عرضی)، جنس مصالح بکاررفته، چگونگی توزیع کابلهای پس کشیده در طول پل و غیره، آنالیز و طراحی این مقاطع می تواند بصور مختلفی ازنظرانتخاب متغیرهای فوق صورت پذیرد (درحدود مقادیر آیین نامه ای مقدار هر متغیر قابل تغییر بوده بطوریکه ضوابط ارضاء گردد) . هدفی که دراین پایان نامه دنبال می شود آن است که برخی از متغیرهای اصلی مذکور را باتوجه به کلیه جنبه های عملی و محدودیت های طراحی طوری مشخص نمائیم که هزینه متحمل شده برای عرشه (روسازه) حداقل گردد. انجام این کار مستلزم یک بهینه سازی غیرخطی بوده که از نظر ریاضی بایستی روی مدل سازه ای ساخته شده اعمال و حل گردد که بدون استفاده از کامپیوتر تقریبا غیر عملی است . بطور خلاصه روند انجام عملیات بدین صورت است که برای یک پل با تعداد معلوم دهنه، طول، عرض و مشخصات مصالح معین لنگرهای ناشی از بارهای مرده، زنده و پیش تنیدگی در مقاطع بحرانی تعیین می گردد، سپس سطح مقطع کابلهائی که بایستی در مقاطع گوناگون مهارشوند و همچنین ارتفاع مقطع باانجام یک بهینه سازی غیرخطی روی مدل سازه ای طوری تعیین می گردد که در ضمن ارضاء شرایط آیین نامه ای هزینه عرشه پل حداقل گردد. برای تعیین سطح مقطع کابلها از فرآیند سعی و خطا استفاده می شود. دراین تحقیق به اثر خزش در باز توزیع لنگرهای پیش تنیدگی و لنگرهای بارهای مرده ناشی از تغییروضعیت سازه در عین ثابت بودن بارگذاری و همچنین اثر افت های پیش تنیدگی در کاهش نیروی کابلها توجه خاص مبذول گردیده است . برای انجام این تحقیق نیاز به توسعه یک برنامه کامپیوتری خاص به زمان گمز بود که این کار انجام گرفت . این برنامه توسط حلالی به نام ماینس 5 بهینه می گردد. در پایان منحنی هایی برای انجام طراحی سریع و همچنین بعنوان تصویری از نتایج بدست آمده تهیه گردیده است .

پلهای کابلی ایستا یکی از سازه های مرسوم برای پوشانیدن دهانه های 200 تا 600 متر می باشند . این سازه ها که از سه قسمت عرشه، دکل ها و کابل ها ساخته شده اند به سه دلیل دارای رفتار غیرخطی هستند . این علل عبارتند از غیرخطی بودن سختی کابلها، که سختی معادل کابل با تنش داخل کابل بستگی غیرخطی دارد، زیاد بودن تغییر مکان عرشه بعلت طویل بودن دهانه پل و اندرکنش نیروهای محوری بزرگ با نیروهای خمشی زیادی که باعث تغییر در ماتریس سختی می گردد. پایان نامه حاضر دارای چهار بخش اساسی است : ابتدا مروری سریع برپل های کابلی ایستا و مسائل مربوط به آن صورت گرفته است . سپس با ارائه روشهای مختلف آنالیز، یک روش آنالیز ارائه گردیده است که در آن با استفاده از روش مستقیم سختی و همگرایی تکرار و بارگذاری مرحله به مرحله سریع ترین راه را برای رسیدن به جواب نهایی ارائه می دهد. در این روش ، بارگذاری به صورت مرحله ای بوده و در هر مرحله مشخصات سازه از قبیل هندسه سازه، سختی کابل ها و ماتریس سختی اعضا خمشی - فشاری ثابت فرض می گردد . در پایان هر مرحله ماتریس سختی با استفاده از مشخصات جدید سازه تشکیل میشود. در پایان بارگذاری، بار نامتعادل گرها بعنوان بارگذاری جدید درنظر گرفته میشود و بار دیگر بارگذاری مرحله ای انجام میگیرد. این روند تا زمانی که بار نامتعادل به حد قابل قبولی تقلیل یابد ادامه خواهد داشت . در بخش سوم با توضیحی کوتاه در موردبهینه یابی سازه ها روشی جهت بهینه کردن سطح مقطع عرشه و کابلها مورد بررسی قرار گرفته است . نهایتا" آنالیز و طراحی عرشه برای انواع پل های کابلی با هرتعداد دهانه و هر شکل خاص به صورت کامپیوتری و با درنظر گرفتن بارهای قائم و جانبی در جهت طولی نوشته شده است .