25468

عملكرد لرزه¬اي پل¬هاي چند قابي با در نظر گيري اثر نوع خاك

دكتري

مهندسي عمران-زلزله

1393

1400/06/27

دكتر مرتضي رئيسي دهكردي

عمران

در اين رساله تاثير توأمان مفاصل ميان دهانه و درجه نامنظمي بر عملكرد لرزه اي پل هاي چند قابي با در نظرگيري اثرات اندركنش خاك-سازه مورد بررسي قرار گرفته است. اگرچه مطالعات پيشين روش هايي به منظور كمي سازي سطوح نامنظمي پل ها ارائه نموده اند، ليكن نحوه تعيين توزيع نامنظمي در طول پل و همچنين تعيين منابع نامنظمي همچنان ناشناخته مي باشد. به طور كلي اغلب مطالعات در اين زمينه با اين پيش فرض انجام گرديده اند كه پل ها بر روي بستر صلب قرار گرفته اند و از بررسي عملكرد لرزه اي و همچنين محاسبه شاخص منظمي سيستم هاي خاك-سازه صرف نظر گرديده است. در اين رساله ضمن بررسي و شناخت رفتار لرزه اي پل هاي چند قابي تحت تاثير اندركنش خاك-سازه، معيار كمي منظمي برداري مبتني بر تابع همبستگي متغير مكاني اصلاح شده اشكال مودي عرشه تنها و كل پل توسعه يافته است. معيار پيشنهادي به توسعه دو شاخص منظمي با عناوين شاخص منظمي موضعي (LRI) و شاخص منظمي كلي (GRI) پرداخته است. شاخص منظمي كلي مقداري اسكالر مي باشد و بيانگر درجه منظمي كل پل مي باشد، درحاليكه شاخص منظمي موضعي به تعيين توزيع برداري مقادير منظمي در طول پل مي پردازد. ازآنجاييكه ناپيوستگي ناشي از مفاصل ميان دهانه در عرشه يكي از عوامل ايجاد نامنظمي مي باشند، عملكرد شاخص پيشنهادي براي پل¬هاي چند قابي نيز مورد ارزيابي قرار گرفته است. براساس نتايج بدست آمده اين شاخص قابل بسط براي سيستم هاي خاك-سازه نيز مي باشد. لذا رفتار لرزه اي پل هاي چند قابي با نامنظمي ارتفاعي در حالت با و بدون درنظرگيري تاثير اندركنش خاك-سازه با اين پارامتر قابل تفسير خواهد بود. با توجه به اينكه در روش هاي آيين نامه اي درجه منظمي پل ها در تعيين روش تحليل نقش محوري ايفا مي نمايد و از آنجاييكه براي محاسبه اين پارامتر و همچنين نسبت تغيير مكان غير خطي به خطي براي پل هاي چند قابي و همچنين سيستم هاي خاك-سازه ابهاماتي در دستورالعمل هاي لرزه اي وجود دارد، محور اصلي اين رساله، مطالعه تغييرات شاخص منظمي و نسبت تغيير مكان غير خطي براي سيستم هاي خاك-سازه چند قابي تعيين گرديده است. بدين منظور، چهار كلاس از پل هاي تك و چند قابي با رفتار غير ارتجاعي مستقر بر روي چهار نوع خاك با سرعت هاي موج برشي مختلف در نظر گرفته شده است. مقايسه شاخص منظمي پل هاي چند قابي با سيستم هاي تك قابي نظير آشكار نمود كه درجه منظمي پل هاي چند قابي عموما كمتر از پل هاي تك قابي معادل مي باشد. به طور كلي با نرم تر شدن خاك، شاخص منظمي موضعي و كلي پيشنهادي براي سيستم هاي خاك-سازه افزايش مي يابد. در نتيجه مفاصل ميان دهانه، پارامتر اندركنشي فركانس بي بعد (a0) كه نسبت سختي سازه به خاك مي باشد و سطح منظمي از پارامترهاي تاثيرگذار بر عملكرد لرزه اي پل هاي چند قابي مي باشند. همچنين نتايج به‌دست آمده حاكي از آن است كه در صورتي كه تنها تأثير ساختگاهي خاك در برآورد عملكرد لرزه اي پل هاي چند قابي در نظر گرفته شود، پاسخ سازه هاي واقع بر خاك‌هاي نرم وضعيتي كاملاً متفاوت با پاسخ سازه هاي واقع بر خاك‌هاي سخت و رسوبي دارند، ليكن در نظر گرفتن توأم اثرات اندركنش خاك-سازه باعث كمرنگ شدن اين تفاوت مي‌شود. بر مبناي پاسخ هاي بدست آمده مي توان استنباط نمود كه نتايج حاصل از عملكرد و شاخص منظمي پل هاي تك قابي، جهت تخمين پارامترها و رفتار پل هاي چند قابي قابل تعميم نمي باشد، لذا منظور صحت سنجي نيازهاي طراحي پيشنهاد شده توسط استانداردهاي طراحي، عملكرد پل هاي چند قابي مي بايست با دقت بيشتري مورد ارزيابي قرار گيرد.

1400/08/10

Seismic Performance of Multi-Frame Bridges Considering Soil Effects

9/18/2022 12:00:00 AM

Current research has investigated the combined effects of in-span hinges and level of irregularity on the seismic performance of multi-frame bridges considering the soil-structure interaction. Although previous studies have proposed methodologies so as to quantify the irregularity of the bridges in terms of global regularity index, it still remains unclear how to determine the distribution of irregularity along a bridge, as well as to discover the irregularity sources. Generally, most related studies have been conducted based on the assumption that the bridges are located on a rigid base and therefore, the seismic performance as well as the regularity level of soil-structure systems were igored. This research project is intended to develop a quantitative vector regularity criterion for single and multi-frame bridges based on the modified correlation function for spatial locations of scaled mode shapes of deck-alone and whole bridge. The proposed criterion calculates two types of regularity indices, namely, local (LRI) and global regularity indices (GRI). The GRI is a scalar value representing the overall regularity of the entire bridge, whereas the LRI highlights vector irregularity distribution along the bridge. Since the deck discontinuity due to the in-span hinges is one of the leading causes for irregularity, the efficiency of proposed index has been investigated in the cases of multi-frame bridges as well. Based on the results, this index can be extended to the soil-structure systems as well. Therefore, the seismic behavior of multi-frame bridges in the cases of with and without soil-structure interaction can be estimated by using proposed index. Based on design codes, the regularity classification of the bridges plays a major role in determining the proper method of analysis. On the other hand, there are ambiguities in calculating both regularity index and the nonlinear to linear displacement ratio of multi-frame bridges; therefore, the main focus of this dissertation is to evaluate the regularity degree and inelastic displacement ratio for multi-frame systems. To this aim, four classes of single and multi-frame bridges with inelastic behavior located on four different soil types with various shear wave velocities are considered. With regarding to the results, this research confirms that the multi-frame bridges are associated with less values of GRI and LRI in comparison with their single-frame counterparts. In general, the proposed local and global regularity indices of soil-structure systems increase with decreasing in the soil shear wave velocity. Accordingly, in-span hinges, dimensionless frequency (a0) and the level of regularity are the main parameters affecting the seismic performance of multi-frame bridges. The results reveal that considering merely the site effects in estimating the seismic performance of multi-frame bridges, leads to completely different results of structures located on soft soils comparing to the responses of structures located on hard and sedimentary soils. However, considering the soil-structure interaction reduces this difference. Based on the obtained results, it can be inferred that the performance and regular indices of single-frame bridges cannot be generalized to estimate the parameters and behavior of multi-frame bridges. Therefore, multi-frame bridges need to be investigated in detail so as to validate the special design requirements recommended by design codes.

پل هاي چند قابي , اندركنش خاك-سازه , شاخص منظمي , نسبت تغيير مكان غير خطي , تحليل ديناميكي غير خطي

Multi-Frame Bridges , Soil-Structure Interaction , Regularity Index , Inelastic Displacement Ratio , Nonlinear Dynamic Analysis