تأثير نوع اتصال عرشه به پايه در انتقال بارهاي ثقلي و

Transcript

1 چکيده تأثير نوع اتصال عرشه به پايه در انتقال بارهاي ثقلي و بهرهبرداري در پله يا 1 منصور شريف پيوسته پيشتنيده بتني 2 سامان حجازي 3 عليرضا رهايي در پنجاه سال گذشته استفاده از بتن پيشتنيده در اجراي پلهاي پيوسته با مقطع ثابت و متغير رواج يافته است. يکي از مسائل مهم در طراحي نحوه اتصال عرشه به پايه است که با استفاده از دستگاههاي تکيهگاهي انجام ميشود. در حالت استفاده از صفحات نئوپرن اين اتصال به سه صورت ساده با يک رديف صفحات نشيمن نيمهگيردار با دو رديف صفحات نشيمن و يکپارچه انجام ميشود. عملکرد مطلوب در مقابل شرايط محيطي امکانپذيري لغزش و تغيير شکل محدود براي عرشه از خصوصيات مهم صفحات نئوپرن است. در اين تحقيق اثر تعداد خطوط تکيهگاهي و نحوه اجراي اتصال در انتقال بار توزيع تنش در پايههاي پل و نسبت انتقال لنگرخمشي به نيروي محوري مورد بررسي قرار گرفته است. طرحهاي مورد بررسي شامل پلهاي پيوسته چهار دهانه از بتن پيشتنيده با دهانههاي مختلف به روش عددي اجزاء محدود و توسط تحليلگر آباکوس مورد تحليل قرار گرفتهاند. سپس عملکرد مدلها با شرايط اتصال سهگانه با هم مقايسه شدهاند. تحليل با فرض رفتار مصالح بتن با پخش ترک در المانها )ايجاد ترکهاي ريز و ايجاد نشدن ترکهاي بزرگ( عملکرد االستيک نئوپرن و االستيک-پالستيک کامل براي فوالد آرماتورها و فوالد پيش تنيدگي انجام شده است و در هر مدل شرايط انتقال نيرو به تکيهگاه بررسي شده است. تحليل نتايج نقش بسيار موثر فاصله بين دو رديف صفحات تکيهگاهي در مقايسه با تغيير در ضخامت اين صفحات را تصريح مينمايد. همچنين اثرات طراحي ناکافي و غيراقتصادي زيرسازه در فرايند انتقال بار نيز مورد بررسي گرفته است. کلمات کليدي صفحه نئوپرن اتصال ساده اتصال نيمهگيردار اتصال يکپارچه Effect of Connection s Type on The Transferring of Dead and Live Loads for Prestressed Concrete Bridges Mansour Sharif; Alireza Rahai and Saman Hedjazi ABSTRACT On recent fifty years, using pre-stressed concrete for construction of continuous bridges with constant or variable cross section has a large spread. One of important objects in design is the way of connecting deck to piers that is done mostly by means of bearings. In the case of using neoprene bearings, There are three kinds of deck-pier connection; Simple, semi-rigid and rigid connections. Desired performance against environmental conditions, possibility of sliding, and finite movement of deck are of important properties for neoprene bearings. Bearing lines number and the effect of connection construction in load transferring, stress distribution in bridge piers and the ratio of bending moment to axial force transferred, are surveying in this research. Models, contain four spans continuous pre-stressed concrete bridges with various span lengths, and are analyzed by Finite Element Method and using ABAQUS analyzer. After analysis performance, models تاريخ دريافت مقاله: 1309/3/22 تاريخ اصالحات مقاله: 1309/0/11 نويسنده مسئول و کارشناس ارشد عمران دانشکده عمران و محيط زيست دانشگاه صنعتي اميرکبير mansoursharif@aut.ac.ir استاد دانشکده عمران و محيط زيست دانشگاه صنعتي اميرکبير rahai@aut.ac.ir دکتراي عمران دانشکده عمران و محيط زيست دانشگاه صنعتي اميرکبير sam_hedjazi@yahoo.com 1

2 with different kinds of connection are compared. With assuming smeared crack performance for concrete, elastic for neoprene and elastic-prefect plastic for steel, analysis is done and for each model, load transfer is surveyed. Results of analysis show the effective role of distance variation of two rows of bearings, in comparison with their thickness effect. In addition, analysis results insist on optimum design for bearings, to have a safe and controlled load transfer. KEYWORDS Neoprene, Simple connection, Semi rigid connection, continuous connection 1- مقدمه در پلهاي پيشتنيده بتني در صورت اجراي عرشه و پايه به صورت غير يکپارچه از دستگاههاي تکيهگاهي استفاده شود. اين دستگاهها در دو نوع ثابت و متحرک ساخته شوند. تکيهگاههاي نوع اول فقط به عرشه اجازه دوران مي- مي- ميدهند و دستگاههاي تکيهگاهي نوع دوم عالوه بر دوران تغييرمکان عرشه را نيز ممکن ميسازند]تونياس 2992 [. انواع مختلفي از دستگاههاي تکيهگاهي در پلها به کار گرفته ميشوند. نوع گهوارهاي عملکردي مفصلي داشته و در هر دو نوع ثابت و گهوارهاي ساخته ميشود. نوع غلتکي نيز عملکردي مانند دستگاههاي تکيهگاهي گهوارهاي داشته و به صورت مفصلي عمل نموده و جزء دستگاههاي تکيهگاهي متحرک به شمار ميرود. بيشترين ضعف دستگاههاي تکيهگاهي گهوارهاي و غلتکي در برابر عوامل محيطي است. اين دو نوع تکيهگاه که از فوالد ساخته ميشوند بهشدت مستعد جذب گرد و غبار بوده که در فصل سرما با جذب رطوبت محيط و در نتيجه يخزدگي و زنگزدگي دچار آسيبهاي جدي ميشوند. اين دو نوع دستگاههاي تکيه- گاهي در برابر بارهاي لرزهاي خاصيت جداسازي دارند [ تونياس 2992 [ [ تساي 2992 [. نوع ديگر دستگاههاي تکيهگاهي صفحات لغزان است که بيشتر براي پلهاي با دهانههاي کوچک استفاده قرار ميشود و از فوالد تفلون يا برنز ساخته ميشود. عالوه بر معايبي که در مورد دو نوع قبل گفته شد اين وسائل در اثر سربار قائم آسيب ديده و در صورت بهکار رفتن در پلهايي با دهانههاي بيش از 11 متر دچار شکست زود هنگام مي- شود]صادق وزيري و يزداني مطلق 2992 [. نوع ديگر تکيهگاه کاسهاي است. اين دستگاه تکيهگاهي شامل يک استوانه يا کاسه کم عمق و يک ديسک نئوپرن است. اين تکيهگاه براي تحمل بارهاي بسيار بزرگ مناسب است اما کيفيت المانهاي زيرين اين نوع تکيهگاه بسيار حساس است. در اين نوع تکيهگاه در اثر بارهاي ترافيکي تغييرمکانهاي پالستيک در تکيهگاه و پايه ايجاد شده و دستگاه تکيهگاهي نيز در شرايط خستگي قرار ميگيرد. همچنين رفتار اين نوع دستگاه تکيهگاهي در زمان تحريک لرزهاي پايه در جهت طولي پل مطلوب نيست]هوث و کبيس 2991 [ ]ديکللي 2992 [. دستگاههاي تکيهگاهي االستومريک از کائوچوي طبيعي يا نئوپرن ساخته ميشوند. به طور معمول اين نوع صفحات تکيهگاهي با صفحات فوالدي مسلح ميشوند که باعث جلوگيري از تورم ناشي از بارهاي فشاري ميشود. آسيب در اين نوع تکيهگاه بيشتر در اثر فرسايش اصطکاکي و شکمدادگي و تورم يا در اثر عدم تسليح مناسب و يا در اثر طراحي نا- مناسب و در نظر گرفتن ضخامت بزرگ در برابر سطح مقطع کوچک صورت ميگيرد. همانگونه که مشخص است با قرار دادن صفحات محافظ براي تکيهگاه االستومريک و طراحي مناسب ابعاد و مسلح نمودن تکيهگاه ميتوان به سادگي از آسيبهاي محتمل براي اين نوع دستگاه جلوگيري نمود. همچنين براي اصالح رفتار تکيهگاههاي االستومريک از تعبيه يک هسته سربي در مرکز آن استفاده ميشود ]تونياس 2992 [ ]رهايي و فيروزي 1322 [ ]جانجيد 2992 [. مجموعه امتيازها و خصوصيات تکيهگاههاي االستومريک استفاده از آن را براي طراحان و سازندگان پلها بسيار مطلوب نموده و لزوم بررسي عملکرد آن و اتصال شامل اين نوع دستگاه تکيهگاهي را آشکار ميسازد. 2- مدلهاي مطالعاتي براي بررسي شرايط اتصال عرشه به پايه در مطالعه حاضر پنج نوع مدل انتخاب شده و مورد بررسي قرار گرفتهاند. مدل اول با شرايط تکيهگاهي ساده مدل دوم با شرايط تکيهگاهي يکپارچه و سه مدل با شرايط تکيهگاهي نيمهگيردار در محل پايه- ها هستند. عرشه پلهاي مورد بحث از بتن مسلح و پيشتنيده بوده و با مقطع صفحهاي توپر در نظر گرفته شده است. مقطع عرشه متغير بوده و در محل تکيهگاهها داراي بيشترين ضخامت و در ميانه دهانه کمترين مقدار ضخامت است. در مدل با شرايط تکيهگاهي يکپارچه از اتصال پيوسته عرشه و پايه استفاده شده است. براي ايجاد تکيهگاه ساده بر روي پايهها يک رديف صفحه تکيهگاهي نئوپرن روي سرستون موجود در روي پايهها پيش- بيني شده که عرشه روي اين صفحات قرار ميگيرد. در مدلهاي با شرايط تکيهگاهي نيمهگيردار نيز از همين روش استفاده شده با اين تفاوت که از دو خط صفحات تکيهگاهي نئوپرن به کار گرفته ميشود. تفاوت ميان سه مدل با شرايط اتصال نيمه صلب در فاصله دو رديف صفحات تکيهگاهي و سختي اين صفحات اميركبير/ مهندسي عمران / سال چهل وچهار / شماره / 2 زمستان

3 است. همچنين پايههاي پل بهصورت ديواري بوده و در هر محل تکيهگاه دو پايه مجاور در نظر گرفته شده است پايهها و سرستونها از مصالح بتن مسلح فرض شدهاند و مصالح بتن و آرماتور مصرفي براي عرشه و پايه در همه مدلها مشابه است. در مدلهاي ساخته شده براي اين تحقيق کولهها )پايههاي کناري( به صورت تکيهگاه ساده طراحي شدهاند. مدلهاي مطالعاتي داراي چهار دهانه هستند که در مدل اول و اصلي دهانههاي کناري 39 متر طول و دو دهانه مياني داراي طولي برابر 21 متر در مدل دوم با دهانههاي کوچکتر دهانه- هاي کناري 11 متر طول و دو دهانه مياني داراي طولي برابر 39 متر و در مدل سوم با دهانههاي بزرگتر دهانههاي کناري 19 متر طول و دو دهانه مياني داراي طولي برابر 29 متر هستند. شکل )1(: مدل با عرشه به پايه يکپارچه براي پلهاي با مقطع متغير ضخامت عرشه در محل تکيه- گاه برابر يک پانزدهم طول دهانه و در مقطع مياني معادل يک سيام طول دهانه در نظر گرفته شده است ]طاحوني 1322[. عرض عرشه نيز برابر با 12 متر است. صفحات نئوپرن از نوع االستومريک هستند و داراي اندازه 9/1 متر در راستاي عرضي عرشه و 9/1 متر در راستاي طولي پل هستند ]چن و دوان 2993 [. در هر رديف تکيهگاه تعداد 19 صفحه تکيهگاهي در عرض پل قرار گرفته است. همچنين براي مقايسه و تعميم نتايج از دو مدل ديگر يکي با دهانههاي کوچکتر و ديگري با دهانههاي بزرگتر نسبت به مدل استفاده شده است. شکل )2(: مدل با اتصال عرشه به پايه غير يکپارچه )اتصال ساده و نيمه گيردار بار بهرهبرداري اعمال شده به اين سازه بار بهره برداري نوع اول يا بار عادي تعريف شده در نشريه 130 سازمان مديريت و برنامهريزي است. اين بار از يک محور 29 کيلونيوتن در جلو و دو محور 119 کيلونيوتن در محورهاي عقب وسيله نقليه کاميون و بار يکنواخت 11 کيلونيوتن در عقب و جلو کاميون با فاصله 3 متر تشکيل شده است. در اين تحقيق به دليل وجود چهار خط عبور و بارگذاري همزمان اين خطوط مقادير بارها در ضريب کاهش 9/21 ضرب ميشوند [ طاحوني 1322[. 4- نتايج تحليل انتقال بارهاي سرويس وارد بر عرشه سازه اعم از بارهاي ثقلي سازه پل و بارهاي زنده ناشي از وسايل نقليه ايجاد نيروهاي داخلي در پايه پل را در پي دارد. اثر وزن سازه نيرويي دائمي است که همواره به سامانه سازه اعمال ميشود. براي تعيين موقعيت بحراني سربارهاي وارد بر عرشه از منحني تأثير نيروي داخلي استفاده شده است. در مدلهاي با اتصال عرشه به پايه ساده و نيمهگيردار از سه نوع صفحه نشيمن نئوپرن با خصوصيات هندسي متفاوت و مصالح يکسان استفاده شده است. اين صفحات همگي داراي ابعاد 199 در 199 ميليمتر و از نوع گومبا هستند [ طاحوني 1322[. نوع اول صفحات نشيمن داراي چهار اليه با ضخامت کلي 10 ميليمتر نوع دوم آن شش اليه با ضخامت کلي 00 ميليمتر و نوع سوم داراي هشت اليه و ضخامت مجموع 120 ميليمتر هستند. بر اساس خصوصيات هندسي و مصالح و همچنين روابط ارائه شده سختي محوري و خمشي اين صفحات محاسبه شده است.] متيوا 1020 [ K n=gsa 2 /cnε 3 )1( K b=gsa 4 /c nε 3 )2( با توجه به ايجاد همزمان نيروي محوري و لنگر خمشي در پايههاي پل و اندرکنش اين دو با يکديگر تحليل هر يک از اين دو نيرو و لنگر به تنهايي ديد صحيحي از عملکرد پايههاي پل و انتقال بار به زيرسازه بهدست نميدهد. در نتيجه براي در نظر گرفتن اثر توأمان نيروي محوري و لنگر خمشي موجود در سطح مقطع پايه بررسي توزيع تنش با در نظر داشتن شرايط تکيهگاهي اتصال با عرشه بايد انجام شود. براي اين منظور يک مقطع در عمق 1 متري پايه و همچنين توزيع تنش در کف پايه مورد بررسي قرار ميگيرد. مدلهاي مورد بررسي در جداول و نمودارها با نامهاي اختصاري معرفي شدهاند. مدل با اتصال عرشه به پايه ساده با 3- بارگذاري و مشخصات مصالح بارهاي وارد بر مدل پل بارهاي ثقلي و بهرهبرداري هستند. 9

4 نام "ساده" مدل نيمه گيردار با فاصله دو رديف صفحات تکيه- گاهي 9/19 متر با نام "نيمهگيردار 19 " مدل نيمه گيردار با فاصله دو رديف صفحات تکيهگاهي 1 متر با نام گيردار 199 " "نيمه- و مدل نيمه گيردار با فاصله دو رديف صفحات تکيهگاهي 1/1 متر با نام "نيمهگيردار 119 " نشان داده شدهاند. مدل با اتصال عرشه به پايه يکپارچه و گيردار نيز با نام "يکپارچه" تعريف شده است. همچنين مدل با دهانههاي 11 و 39 متر 39 و 21 متر و 19 و 29 متر با اعداد متناظر معرفي شدهاند. در مرحله بررسي نحوه توزيع تنش مدل اصلي که داراي طول دهانههاي 39 و 21 متر است مورد مطالعه قرار گرفته و سپس در مرحله مقايسه نسبتهاي گيرداري نتايج دو مدل ديگر با اين مدل مورد مقايسه قرار شده است. ابتدا به بررسي توزيع تنش در مقطع در عمق 1 متري پايه پرداخته شده است. با در نظر گرفتن يک اتصال نيمه صلب و با فرض ثابت بودن فاصله بين دو رديف صفحات تکيهگاهي سه نوع صفحه تکيهگاهي با سختيهاي متفاوت براي اتصال عرشه به پايه مورد مطالعه قرار گرفته است. در اين سه مدل توزيع تنش در بعد عرضي پايه نيز از کناره به سمت ميانه عرشه روندي صعودي دارد. ميتوان توزيع تنش در مقطع پايه را به صورت يک صفحه که از ابتدا در راستاي طولي و عرضي پل صعود مينمايد تصور نمود. همانطور که از روابط )1( و )2( نيز مشخص است سختي محوري و خمشي صفحات نشيمن با افزايش ضخامت آن کاهش مييابد. لنگر خمشي انتقال يافته به پايه باعث دوران اتصال ميشود. اين لنگر باعث ايجاد لنگري در صفحات نشيمن و همچنين ايجاد نيروي محوري در اين صفحات ميشود که مجموع اين دو عامل لنگر مقاوم وارد بر اتصال را تأمين مينمايد. در صورت مطالعه تارهاي داخلي مقطع پايه در جهت ضخامت ديده ميشود که شيب افزايش تنش در راستاي اين بعد با افزايش سختي محوري و خمشي صفحات کاهش مي- يابد. البته همانطور که در نمودار )1( نيز مشخص است اين اختالف چندان ملموس نيست. اين تفاوت در شيب توزيع تنش ناشي از دوران بيشتر اتصال در صفحات با سختي کمتر و افزايش نسبت لنگر خمشي به نيروي محوري است. اين شيب بيشتر توزيع تنش در بعد ضخامت پايه نشاندهنده ايجاد دوران بيشتر در صفحات با سختي کمتر و ايجاد لنگري بزرگتر در اثر اين دوران بيشتر حول محور عمود بر محور طولي پل است. در عين حال سطح زير نمودارها با توجه دوران خطوط توزيع تنش حول نقطهاي در ميانه بعد ضخامت پايه ثابت مانده که نشان دهنده انتقال نيروي محوري يکسان در اين سه مدل بوده و مستقل بودن نيروي محوري منتقل شده به پايهها را نشان ميدهد. نمودار )1(: توزيع تنش در راستاي ضخامت پايه براي مدل نيمه گيردار با سختيهاي متفاوت در مقطع با فاصله 6 متر از اتصال عرشه و پايه با مقايسه سه مدل با شرايط تکيهگاهي ساده و يک خط صفحات تکيهگاهي نيز ميتوان به نتايج مشابهي رسيد. البته در مورد شرايط تکيهگاهي ساده ميزان تنشها از مدل نيمهگيردار به يکديگر نزديکتر است. در مدلهاي ساده دوران اتصال تحت لنگر خمشي فقط در اثر سختي خمشي صفحات صورت مي- گيرد و به علت وجود فقط يک رديف صفحات نشيمن سختي محوري اين صفحات نقشي در دوران اتصال ندارند و به همين دليل در مدلهاي با اتصال ساده عرشه به پايه تفاوت کمتري در توزيع تنش در بعد ضخامت پايه به نسبت مدلهاي نيمهگيردار در اثر تغيير در ضخامت و سختي صفحات ديده ميشود. در مورد توزيع تنش در عرض و ضخامت پايه الگويي مشابه مدلهاي نيمه گيردار براي مدل با شرايط تکيهگاهي ساده صادق است. همچنين با مقايسه سه مدل ساده با سه مدل نيمهگيردار مطلب فوق در مورد انتقال نيروي محوري تصديق ميشود. در اين سه مدل نيز سطح زير نمودار مقدار يکساني را نتيجه مي- دهد که نشان دهنده روند انتقال بار در مورد نيروي محوري است. در مقايسهاي ديگر در اين مقطع بين مدلهايي با سختي ثابت صفحات تکيهگاهي و تغيير در فاصله صفحات تکيهگاهي توزيع تنش و انتقال بار بررسي ميشوند. سه مدل با شرايط تکيهگاهي نيمهصلب و متفاوت در فاصله رديفهاي تکيهگاهي يک مدل با يک رديف صفحات نشيمن و شرايط تکيهگاهي ساده و درنهايت طرح گيردار که در آن عرشه و پايه به صورت يکپارچه هستند مطالعه خواهند شد. دو مدل ساده و گيردار دو حد شرايط تکيهگاهي از نظر ميزان گيرداري بوده و مدلهاي نيمه گيردار حد ميانه بين اين دو هستند. اميركبير/مهندسيعمران / سالچهل وچهار / شماره / 2 زمستان

5 است که در اثر ثابت بودن سطح بارگير پايه پل نيروي محوري منتقل شده به پايه تغييري ننموده است. در ادامه به بررسي توزيع تنش در کف پايه و محل اتصال آن به زمين پرداخته ميشود. تنش بيشينه در اين مقطع پايه در راستاي ضخامت پايه افزايش مييابد. در مدل با اتصال عرشه به پايه بهصورت ساده و يک محور تکيهگاهي با کاهش سختي مانند مقطع بااليي نمودار توزيع تنش دچار دوران شده و اثر دوران اتصال به صورت افزايش اثر لنگر به نيروي محوري بروز مييابد. نمودار )2(: مقايسه توزيع تنش بين مدلهاي با اتصال عرشه به پايه ساده نيمه گيردار و گيردار در جهت ضخامت پايه در مقطع 6 متر از اتصال عرشه و پايه با توجه به نمودار )2( ماليمترين شيب در توزيع تنش بيشينه در مدل با تکيهگاه ساده و يک رديف صفحات نشيمن اتفاق مي- افتد. در اين سازه اختالف کمتري در ميزان تنش در راستاي ضخامت پايه ايجاد شده و بيشترين ميزان تنش در ابتداي تکيه- گاه و کمترين ميزان تنش در انتهاي تکيهگاه در مقايسه با ساير مدلها را دارد. همانطور که گفته شد در پايههاي اين مدل نسبت لنگر خمشي به نيروي محوري مقدار کوچکتري نسبت به ساير مدلها دارد. شيب ماليم و نزديک به افقي نمودار توزيع تنش در اين مدل و تمايز آن با ساير مدلها در نمودار )2( به وضوح قابل مشاهده است. در مدلهاي نيمهگيردار با افزايش فاصله بين دو رديف صفحات نشيمن شيب توزيع تنش در بعد ضخامت پايه نيز افزايش مييابد و نمودار توزيع تنش بيشينه در بعد ضخامت پايه نسبت به حالت تکيهگاه تک رديف دچار دوران ميشود. اين دوران همانطور که در نمودار )2( نيز مشهود است باعث تندتر شدن شيب نمودارها با افزايش فاصله دو رديف صفحات تکيهگاهي ميشود که نشاندهنده افزايش نسبت لنگر خمشي به نيروي محوري با افزايش فاصله بين دو رديف صفحات نشيمن است. در مدل يکپارچه سطح تنش بهطور کلي پايينتر از ساير مدلها است. اين کاهش به سبب عدم وجود سرستون و اتصال مستقيم و يکپارچه عرشه به پايه است. با توجه به نمودار )2( ديده ميشود که سطح زير نمودار مدل يکپارچه که مبين نيروي محوري منتقل شده به اين مدل است مقدار کوچکتري دارد. شيب تغييرات در اين مدل سازهاي مشابهت کاملي با مدل نيمهگيردار با بيشترين فاصله بين صفحات تکيهگاهي مدل دارد. صرفنظر از مدل با اتصال عرشه به پايه يکپارچه نمودار )2( نشان ميدهد که مانند نمودار )1( نقطه تالقي توزيع تنش مدلها در ميانه بعد ضخامت است که مويد آن نمودار )3(: توزيع تنش در راستاي ضخامت پايه براي مدل نيمه ساده با سختيهاي متفاوت در مقطع کف پايه در مدلهاي با شرايط اتصال عرشه به پايه نيمه گيردار نيز همين روند با افزايش سختي صفحات تکيهگاهي صادق است. در اين حالت نيز با در نظر گرفتن فاصله يکسان بين دو رديف صفحات تکيهگاهي افزايش سختي صفحات نشيمن موجب دوران نمودار توزيع تنش بيشينه حول نقطه مياني بعد ضخامت پايه ميشود. نمودار )4(: توزيع تنش در راستاي ضخامت پايه براي مدل نيمه- گيردار با سختيهاي متفاوت در مقطع کف پايه تفاوت عمده و قابل تأمل در توزيع تنش در دو مقطع بررسي 5

6 شده يعني مقطع به فاصله 1 متر از اتصال عرشه و پايه و مقطع کف پايه در توزيع تنش در عرض پايه است. در مقطع باالبي همانطور که گفته شد با حرکت در عرض پايه از خارج به سمت دروني سازه تنشها افزايش مييافتند حال آنکه در کف پايه اين توزيع در حرکت به سمت دروني سازه کاهش يافته و سيري نزولي دارد. اين مطلب نشاندهنده ايجاد خمش با تقعر به سمت داخل عرشه در جهت عرضي پايه است که البته با توجه به سختي خمشي بزرگ پايه در اين جهت چندان ملموس نيست. در مقايسه مدل ساده با مدلهاي نيمهگيردار و همچنين مدل يکپارچه مدل يکپارچه تفاوت زيادي در توزيع تنش با مقطع بااليي از خود نشان ميدهد و در قسمتهايي از کف پايه کشش ايجاد ميشود. با توجه به نسبت بزرگتر لنگر خمشي به نيروي محوري در مدل يکپارچه ايجاد تنش کششي در کف پايه منطقي به نظر ميرسد. در بخش بعدي با مقايسه نسبت لنگر خمشي انتقاليافته در مدلهاي گوناگون اين مسئله بيشتر مشخص خواهد شد. اين نکته همچنين در طراحي پي براي پلهايي با اتصال عرشه به پايه يکپارچه بسيار قابل توجه به نظر ميرسد. صفحات نشيمن با ثابت بودن شرايط تکيهگاهي است. اين مسئله در مورد مدلهاي ساده که انتقال لنگر خمشي فقط به سختي خمشي بستگي دارد بيشتر است. 5- نسبت انتقال لنگر در اتصال عرشه به پايه در اين مرحله از تحليل مقايسهاي بين نسبت لنگر خمشي به نيروي محوري منتقل شده از عرشه به پايه در مدلهاي با شرايط تکيهگاهي متفاوت انجام ميشود. براي مقايسه روشنتر از نتايج به دست آمده نتايج سه مدل اصلي )21-39( و دو مدل و با يکديگر مورد بررسي قرار گرفته است. براي روشن شدن اثر طول دهانه و اثر بارهاي وارد در سه نوع مدل از همان صفحات نئوپرن مدل اصلي استفاده ميشود. نمودار ميلهاي )1( نسبت انتقال لنگر خمشي به نيروي محوري در مدل اصلي با شرايط تکيهگاهي ساده نيمهگيردار و اتصال صلب را نشان ميدهد: نمودار )5( : مقايسه توزيع تنش بين مدلهاي با اتصال عرشه به پايه ساده نيمهگيردار و گيردار در راستاي ضخامت پايه در مقطع کف پايه در تارهاي انتهايي ضخامت پايه در جهت حرکت وسايل نقليه و به سمت خارج پايه ايجاد کشش شده که با حرکت به سمت دروني پايه به تدريج کشش به تنش فشاري تبديل ميشود. در مدل يکپارچه همچنين الگوي توزيع تنش در عرض پايه تا کف بدون تغيير مانده و به سمت داخلي پايه روند افزايش تنش در پايين پايه نيز برقرار است. از مقايسه دو نمودار )1( و )2( و سه نمودار )3( )2( و )1( ميتوان دريافت که تفاوت در توزيع تنش در مقطع پايه با تغيير در شرايط تکيهگاهي از ساده به نيمهگيردار و تغيير در فاصله دو رديف تکيهگاهي در مدلهاي نيمهگيردار و از نيمهگيردار به يکپارچه بسيار ملموستر از تغيير در سختي محوري و خمشي نمودار )6( : نسبت لنگر خمشي به نيروي محوري انتقال يافته در پايه مدل در صورت در نظر گرفتن مدل يکپارچه به عنوان گيرداري کامل ميتوان نمودار فوق را به صورت نسبي نمودار )2( براي مقايسه بين شرايط مختلف گيرداري ارائه نمود: نمودار )7(: نسبت لنگر خمشي به نيروي محوري انتقال يافته در پايه مدل نسبت به گيرداري کامل ديده ميشود که نسبت انتقال لنگر براي مدل ساده به نسبت مدل گيردار %2 و براي مدلهاي نيمهگيردار نسبت به مدل گيردار به ترتيب %0/1 %12/3 و %11/1 است. اميركبير/مهندسيعمران / سالچهل وچهار / شماره / 2 زمستان

7 ميآيند: اين نسبتها براي مدل به صورت نمودار )2( به دست نمودار )8( : نسبت لنگر خمشي به نيروي محوري انتقال يافته در پايه مدل نمودار )0( نسبت اين انتقال لنگر به نسبت حالت گيرداري کامل را نشان ميدهد: نمودار )9( : نسبت لنگر خمشي به نيروي محوري انتقال يافته در پايه مدل نسبت به گيرداري کامل و در نهاايت اين دو نمودار براي مدل به صاااورت )19( هستند: نمودار )13( : نسبت لنگر خمشي به نيروي محوري انتقال يافته در پايه مدل و براي مدل نيز دوباره نمودار ميلهاي را بر حساب مدل يکپارچه نرماليزه کرده تا درصد انتقال لنگر قابل مشاهده گردد. نمودار )11(: نسبت لنگر خمشي به نيروي محوري انتقال يافته در پايه مدل نسبت به گيرداري کامل از مقايسه سه مدل فوق ميتوان نتيجه گرفت که انتقال بار و ميزان لنگر انتقالي به پايهها در مدلهاي يکپارچه با تغيير طول دهانه چندان تحت اثر قرار نگرفته و فقط تابع نسبت سختي خمشي پايه به سختي خمشي عرشه و تغييرات ناشي از آن در پخش لنگر تغييراتي در انتقال لنگر اين نوع اتصال عرشه به پايه صورت ميگيرد. اما در مورد مدلهاي ساده و نيمهگيردار با افزايش طول دهانه عملکرد خمشي اين نوع از اتصاالت به سرعت تحت تأثير قرار گرفته و به سمت عملکرد تکيهگاه ساده ميل مينمايد. اين مسئله همچنين بيانگر ضعف اين صفحات نشيمن در فرايند انتقال بار است. همانطور که از سه نمودار) 1 ( )2( و )19( ديده ميشود در مدل در شرايط اتصال عرشه به پايه يکپارچه نسبت لنگري در بازه منطقي و قابل مقايسه با دو مدل ديگر به دست آمده است که نشاندهنده عملکرد مناسب اين اتصال است. اما در ساير شرايط تکيهگاهي اين مدل اتصال به خوبي عمل ننموده و در عمل همه اين انواع شرايط اتصال عرشه به پايه عملکردي در حد تکيهگاه مفصلي از خود نشان ميدهند. در مدل مدل نيمهگيردار با فاصله دو رديف تکيهگاه 1/1 متر در مقايسه با مدل ساده برخالف انتقال بيشتر نسبت لنگر به نيروي محوري ميزان انتقال لنگر اين مدل در مقايسه با مدل يکپارچه بسيار ناچيز به نظر ميرسد. به طور کلي حساسيت ناشي از تغيير شرايط اتصال عرشه به پايه در مدل از همه مدلها کمتر بوده و با افزايش دهانهها اين حساسيت ناشي از تغيير فاصله رديفهاي تکيهگاهي مدلهاي نيمه گيردار نيز افزايش مي- يابد. به طوري که بين نسبت انتقال لنگر به نيروي محوري مدل تفاوت زيادي با تغيير شرايط تکيهگاهي به چشم نمي- خورد و نشان ميدهد که طراحي صفحات نشيمن براي اين مدل نيز چندان مطلوب نبوده و با در نظر گرفتن صفحات نشيمن با 7

8 ابعاد بزرگتر يا تعداد بيش از نياز عملکرد اتصال از حالت مورد- نظر که اتصالي ساده يا با درصد گيرداري مشخص است خارج نموده و لنگر خمشي پيشبيني نشده را به پايهها منتقل مينمايد. در مدل اول همانطور که از دو نمودار )1( و )2( نيز مشخص است نسبت انتقال لنگر به نيروي محوري و نسبت انتقال لنگر به حالت يکپارچه روندي منطقي و مطلوب دارد. ميتوان از مجموعه اين مسائل به اهميت طرح صحيح و دقيق صفحات نشيمن پي برد و اثرات نامطلوب طراحي ضعيف اين صفحات را در مدل سوم و آثار طراحي فراتر از نياز را در پديدههاي غيرقابل پيشبيني که در مدل دوم رخ ميدهد به وضوح مالحظه نمود. 6- مقايسه نتايج عددي و تئوري عالوه بر ارائه روابط )1( و )2( براي سختي صفحات نئوپرن رابطهاي بين لنگر منتقل شده به دو رديف صفحات نشيمن و دوران بوجود آمده در اتصال عرشه به پايه براي پلهايي با اتصال عرشه به پايه نيمهگيردار ارائه شده است. در اين رابطه دوران اتصال عرشه به پايه تابعي از مشخصات هندسي و مکانيکي صفحات فاصله دو رديف صفحات نشيمن و لنگر ايجاد شده در دو رديف صفحات نشيمن است. اين رابطه به صورت زير است: θ =(2ncε 3 )M/(pGSa 2 d 2 ) )3( که در آن n تعداد اليههاي صفحه نشيمن c ضريب ثابت سختي محوري که به نسابت ابعاد صافحه بستگي دارد ε ضخامت يک اليه نئوپرن p تعداد صاافحات نشاايمن در يک رديف G مدول برشي مصالح نئوپرن S مساحت صفحه نشيمن a بعد عمود بر محور خمش صافحه نشايمن و d فاصله بين دو رديف صفحات نشيمن در اتصال عرشه به پايه هستند ]متيوا 1020 [. در اين مرحله پنج مدل نيمه گيردار با خصوصيات تکيه- گاهي متفاوت مورد بررسي قرار ميگيرند. با توجه به لنگر ايجاد شده بين دو رديف صفحات نشيمن و رابطه )3( ميتوان نوشت: θ 9,theoric=(2*2*2/91*9/ )/(19*9/2*19 1 *9/3*9/1 2 *1 2 1/)*(0/02*19 1 )= 2/21*19-2 rad θ 1,theoric=(2*2*2/91*9/ )/(19*9/2*19 1 *9/3*9/1 2 * 1/1 2 )*(2/21*19 1 )= 1/12*19-2 rad θ 2,theoric=(2*1*2/91*9/ )/(19*9/2*19 1 *9/3*9/1 2 *1 2 1/)*(2/21*19 1 )= 1/10*19-2 rad θ 3,theoric=(2*2*2/91*9/ )/(19*9/2*19 1 *9/3*9/1 2 *1/1 2 )*(2/21*19 1 )= 2/22*19-2 rad θ 2,theoric=(2*11*2/91*9/ )/(19*9/2*19 1 *9/3*9/1 2 *1/1 2 )*(2/21*19 1 )= 2/11*19-2 rad از طرف ديگر نتايج حاصل از تحليل عددي مقادير زير را براي دوران بهدست ميدهد: θ 9,Numeric=1/12*19-2 θ 1,Numeric=1/29*19-2 θ 2,Numeric=1/02*19-2 θ 3,Numeric=1/31*19-2 θ 2,Numeric=1/00*19-2 با توجه به عوامل رابطه )3( ميتوان دريافت که عامل تفاوت بين نتايج تئوري و عددي در ضريب c است که مقدار آن توسط متيوا پيشنهاد شده است. با توجه به رابطه خطي بين ضريب c و دوران ميتوان نتايج تئوري و عددي را در قالب نمودار )13( با يکديگر مقايسه نمود. نمودار )12( : نمودار دوران پنج مدل براي نتايج تئوري و عددي نمودار )13( : ضريب ثابت رابطه لنگر-دوران پنج مدل براي نتايج تئوري و عددي در رابطه )3( ضريب ثابتي مانند c براي تکميل رابطه لنگر خمشي دوران توصيه شده است. اما همانطور که در نمودار )13( ديده ميشود اين عامل خود تابعي از ضخامت صفحات نشيمن است و با تغيير اين دو عامل دچار تغيير ميشود و عالوه بر نسبت طول به عرض صفحه نشيمن به ضخامت صفحه نيز وابسته است. رابطه )2( ميتواند به عنوان اصالح ضريب c بهکار برده شود: C= 9 / 2322(S.a/nε)+ 1 /1291 )2( اميركبير/مهندسيعمران / سالچهل وچهار / شماره / 2 زمستان

9 اين رابطاه باا 9/2222= 2 r رابطاه بين c و پارامترهاي هندساااي صفحه نئوپرن با نسبت طول به عرض 1/2 را برقرار ميکند. 7- نتيجهگيري در فرايند انتقال بار از عرشه به پايه شرايط اتصال اين دو بخش پل در توزيع تنش و تغييرمکان در پايهها بسيار مؤثر است. بر همين اساس لنگر خمشي منتقل شده به پايهها نيز از شرايط اتصال عرشه به پايه ساده تا اتصال نيمهگيردار و از اين شرايط تکيهگاهي تا اتصال يکپارچه دچار تغيير ميشود. در صورت ثابت ماندن فواصل صفحات نشيمن در يک اتصال و تغيير در ضخامت و سختي صفحات نشيمن تغيير چنداني در فرايند انتقال بار صورت نميگيرد. اين مطلب در مورد شرايط تکيهگاهي ساده نمود بيشتري دارد. در اينگونه اتصالها به دليل مؤثر بودن سختي خمشي در انتقال لنگر خمشي و نقش کمرنگ اين عامل در انتقال بار تفاوت چنداني در فرايند توزيع تنش نيست. براي رسيدن به عملکرد مورد انتظار از اتصال عرشه به پايه و تحليل و طراحي صحيح زير سازه پل طراحي بهينه صفحات نشيمن و انتخاب ابعاد هندسي مناسب بر اساس استانداردهاي طراحي اين صفحات بسيار اهميت دارد. در صورت استفاده از صفحات ضعيف و بدون کفايت در طراحي صرفنظر از مسائل ناشي از تمرکز تنش و تغيير شکلهاي نامطلوب به هيچ وجه شرايط تکيهگاهي مورد انتظار ايجاد نشده و انتقال لنگر خمشي از عرشه به پايه به کلي دچار اخالل ميشود. همچنين با در نظر گرفتن اين صفحات به صورت فراتر از نياز انتقال لنگر بيش از آنچه که در تحليل مورد انتظار است به پايهها منتقل ميشود و درستي طرح سازهاي زيرسازه با ترديد مواجه ميشود. در نظر گرفتن ضريب c رابطه )3( به صورت ثابت چندان منطقي به نظر نميرسد و ميتوان رابطهاي خطي بين سختي و اين ضريب برقرار نمود. رابطه )3( با اصالح ضريب c رابطه بين لنگر خمشي و دوران در اتصال را برقرار ميکند و براي به دست آوردن ميزان دوران اتصال در طرح صفحات نئوپرن مورد استفاده قرار گيرد. ميتواند Jangid R.S. ; Optimum lead rubber isolation bearings for near-fault motions, Engineering structures,vol.29,pp , Tsai, M. and Wu, S. and Chang, K. and Lee, G. ; Shaking table tests of a scaled bridge model with rolling-type seismic isolation bearings, Engineering structures,vol.29, pp , Chen, Wai-Fah, Duan, Lian; Bridge engineering: Substructure design, First edition, CRC, Mathivat, Jacques; Construction Par Encorbellement Des Ponts En Beton Precontaint, Editions Eyrolle, ]2[ ]2[ ]0[ ]19[ 8- منابع ]1[ رهايي عليرضا فيروزي افشين بررسي عملکرد آسيب پذيري و بهسازي پلها انتشارات دانشگاه صنعتي اميرکبير تهران ]2[ طاحوني شاپور طراحي پل انتشارات دانشگاه تهران تهران.1322 Saadeghvaziri, M. and Yazdani-Motlagh A.R.; Seismic behavior and capacity/demand analyses of three multispan simply supported bridges, Engineering structures,vol.30,pp.54-66, Huth, O. and Khbeis H. ; Pot bearings behavior after 32 years of service: In situ and laboratory tests,engineering structures,vol.29,pp , Dicleli M.; Simplified seismic analysis of a class of regular steel bridges, Engineering structures, Vol.24, pp , ]3[ ]2[ ]1[ Tonias, Dimitrios.E.; Bridge engineering : design, rehabilitation and maintenance of modern highway bridges, Second edition, McGraw-Hill, ]1[ 3