وزارت علوم، تحقیقات و فناوری

موسسه آموزش عالی علوم و فناوری آریان

 مطالعه بهسازی لرزه ای پل های بزرگراهی، مطالعه موردی پل شهید حقانی تهران

پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی عمران گرایش سازه

استاد راهنما

دکتر سیروس آقاجری

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
چکیده:
در سال های اخیر پیشرفت های چشمگیری در زمینه بهسازی و مقاوم سازی ساختمان ها در کشور ما صورت گرفته اما با این حال در زمینه سازه های زیربنایی همانند پل ها هنوز مجموعه کاملا مدونی ارائه نشده می باشد. بسیاری از پل های موجود در کشور ما براساس آئین نامه های قدیمی طراحی شده اند که با دگرگونی آئین نامه ها این پل ها توان لازم برای تحمل زلزله های متوسط تا قوی را ندارند. در همین راستا آسیب پذیری لرزه ای پل شهید حقانی تهران به صورت تفصیلی مورد مطالعه قرار گرفته می باشد، مطالعه تفصیلی به دو صورت کیفی و کمی انجام می گردد پس نیروهای اعضای اصلی پل مانند ستون ها و دیگر اجزا با بهره گیری از تحلیل دینامیکی طیفی محاسبه و براساس آئین نامه 95 FHWA با بهره گیری از روش نسبت ظرفیت به تقاضا، نقاط اشکال احتمالی پل اظهار می گردد. نسبت های کوچکتر از یک مورد ارزیابی برای بهسازی قرار خواهند گرفت و در نهایت با در نظر داشتن مسائل اقتصادی و اجرایی، بهسازی مد نظر قرار می گیرد و طرح های لازم برای بهسازی ارائه می گردد. پل مورد مطالعه بتنی و در پلان دارای قوس می باشد، مدل سازی پل بوسیله نرم افزار SAP 2000 V15 انجام شده می باشد. نتایج حاصل از تحلیل ها نشان از اشکال پل در بعضی قسمت ها دارد. نسبت ظرفیت به تقاضای خمشی و محوری بعضی از پایه های پل به خصوص پایه های میانی نامناسب بوده که نیاز به مقاوم سازی دارند. کوله های پل و پایه های موجود در زیر آن مناسب ارزیابی می شوند. عرشه سلولی پل از دیدگاه خمشی و برشی مورد ارزیابی تحلیلی قرار گرفت و کفایت آن تأیید گردید. طول وصله و محل وصله آرماتورها مناسب ارزیابی می گردد. درخصوص پهنای نشیمن مورد نیاز، مشکلی مطابق آیین­نامه نظاره نشد، اما از آنجا که عرشه پل نسبت به کوله­ها مورب می باشد، مؤلفه طولی نیروی زلزله در نشیمن­گاه هم واکنش طولی و هم عرضی دارد پس پیشنهاد می گردد عرشه به وسیله میل مهار به نشیمن گاه متصل گردد. برای جلوگیری از حرکت خاک در هنگام زلزله از بین پایه های کوله بایستی تدابیر لازم اتخاذ گردد. در نهایت براساس اصول مهندسی ارزش و مطالعه های انجام شده پیشنهاد می گردد که مقاوم سازی پایه ها به روش پس کشیدگی خارجی توسط الیاف های CFRP ارزیابی و انجام شوند.
واژه‌های کلیدی: آسیب پذیری، نسبت ظرفیت به تقاضا، طرح لرزه ای، پل های بتن آرمه
فهرست مطالب
عنوان                                                                                                                            صفحه
فصل 1: اظهار گفتار ……………………………………………………………………………………………………….1
1-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………….. 2
1-2- هدف از پژوهش و اهداف آن …………………………………………………………………………………. 2
1-3- ساختار پایان نامه……………………………………………………………………………………………………… 5
فصل 2: کلیات و تاریخچه آسیب های وارده به پل ها در زلزله های گذشته……………………..6
2-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………….. 7
2-2- اثر زلزله های بزرگ برپل ها ……………………………………………………………………………………………………… 7
    2-2-1- تغییر مکان های لرزه ای………………………………………………………………………………………………. 13
    2-2-2- آسیب دیدگی های کوله………………………………………………………………………………………………. 15
    2-2-3- آسیب های ایجاد شده در سطح عرشه……………………………………………………………………….. 16
    2-2-4- آسیب دیدگی های نشیمن گاه (کلید های برشی)……………………………………………………. 17
    2-2-5- مطالعه رفتار لرزه ای پایه های پل……………………………………………………………………………….. 18
    2-2-6- آسیب های وارده به دال های دسترسی یا پیش دال ها…………………………………………… 22
    2-2-7- تأثیر ساختار هندسی بر سازه پل………………………………………………………………………………… 23
    2-2-8- شکست  فنداسیون ……………………………………………………………………………………………………… 24
    2-2-9- آسیب پذیری تکیه گاه و اتصالات ………………………………………………………………………………. 24
    2-2-10- خرابی های قابل قبول از نظر آئین نامه آشتو ………………………………………………………… 25
    2-2-11- خرابی های غیر قابل قبول از نظر آشتو…………………………………………………………………… 25
    2-2-12- اثرات تخریبی زلزله بر پل های ایران ………………………………………………………………………. 27
2-3- تحقیقات انجام شده در زمینه اثر زلزله بر پل ها …………………………………………………………………. 28
2-4- تحقیقات انجام شده در زمینه اثر زلزله بر پل ها در ایران……………………………………………………. 30
    2-4-1- تحقیقات انجام شده در زمینه مطالعه آسیب پذیری کمی پل ها…………………………….. 30
2-5- معیارهای عملکردی…………………………………………………………………………………………………………………. 32
2-6- اختصار فصل :…………………………………………………………………………………………………………………………… 34
فصل 3: ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای پل ها به روش کمی و مبانی نظری آنها……………….35
3-1-  مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………… 36
3-2- حالات حدی طراحی و ارزیابی سازه………………………………………………………………………………………. 36
     3-2-1- حالات حدی اعضا………………………………………………………………………………………………………… 36
     3-2-2- حالات حدی سازه……………………………………………………………………………………………………….. 37
3-3- ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای…………………………………………………………………………………………………. 38
3-4- روش های ارزیابی آسیب پذیری…………………………………………………………………………………………….. 38
    3-4-1- روش های طبقه بندی………………………………………………………………………………………………….. 39
    3-4-2- روش های بازرسی و امتیازدهی…………………………………………………………………………………… 40
    3-4-3- روش های تحلیلی ارزیابی آسیب پذیری…………………………………………………………………….. 40
    3-4-4- روش های آزمایشگاهی ارزیابی آسیب پذیری……………………………………………………………. 40
3-5- ارزیابی تحلیلی آسیب پذیری پل ها……………………………………………………………………………………….. 41
3-6- ارزیابی تفصیلی آسیب پذیری مطابق با FHWA – 95 ……………………………………………………….. 41
    3-6-1- جمع آوری اطلاعات در خصوص پل مورد نظر…………………………………………………………… 41
    3-6-2- بازرسی محلی………………………………………………………………………………………………………………… 41
    3-6-3- ارزیابی کمی اجزای پل…………………………………………………………………………………………………. 42
3-7- مطالعات کمی آسیب پذیری پل…………………………………………………………………………………………….. 42
    3-7-1- دستورالعمل ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای پل…………………………………………………………… 42
3-8- روش های ارزیابی آسیب پذیری پل ها مطابق دستورالعمل FHWA – 95………………………. 43
    3-8-1- روش ارزیابی براساس نسبت ظرفیت به تقاضا ………………………………………………………….. 43
    3-8-2- روش ارزیابی براساس مقاومت جانبی سازه پل …………………………………………………………. 47
3-9- مبانی مدل سازی سازه ای………………………………………………………………………………………………………. 48
    3-9-1- مدل واقعی ……………………………………………………………………………………………………………………. 48
    3-9-2- ساخت مدل آزمایشگاهی با ابعاد کوچکتر از ابعاد واقعی…………………………………………… 48
    3-9-3- به کار گیری مدل تحلیلی…………………………………………………………………………………………….. 49
3-10- انتخاب روش مدل سازی تحلیلی…………………………………………………………………………………………. 49
    3-10-1- روش های گوناگون مدلسازی سازه پل…………………………………………………………………….. 50
3-11- رفتار سازه پل………………………………………………………………………………………………………………………… 54
    3-11-1- سازه با رفتار الاستیک خطی…………………………………………………………………………………….. 54
    3-11-2- سازه با شکل پذیری محدود………………………………………………………………………………………. 54
    3-11-3- سازه با شکل پذیری زیاد……………………………………………………………………………………………. 54
3-12- طریقه کلی ارزیابی آسیب پذیری و بهسازی لرزه ای پل ها…………………………………………………. 55 
3-13- اختصار فصل……………………………………………………………………………………………………..56
فصل 4: ارزیابی لرزه ای پل شهید حقانی تهران…………………………………………………………..57
4-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………… 58
4-2- مشخصات عمومی پل مورد مطالعه…………………………………………………………………………………………. 59
4-3- اندازه اهمیت پل شهید حقانی……………………………………………………………………………………………….. 60
4-4- مشخصات فنی پل……………………………………………………………………………………………………………………. 61
    4-4-1- طبقه بندی پل………………………………………………………………………………………………………………. 61
    4-4-2- مشخصات ساختگاه پل………………………………………………………………………………………………….. 61
4-5- مشخصات و جزئیات اجزای پل مورد مطالعه…………………………………………………………………………. 63
    4-5-1- روسازه………………………………………………………………………………………………………. 63
    4-5-2- زیر سازه و قسمت های اصلی پل………………………………………………………………………………… 64
4-6- مطالعات میدانی و وضعیت موجود پل……………………………………………………………………………………. 66
    4-6-1- وضعیت عرشه……………………………………………………………………………………………………………….. 66
4-7- پردازش و تجزیه و تحلیل وضعیت موجود پل……………………………………………………………………….. 70
4-8- مدلسازی پل مورد مطالعه و بارگذاری آن………………………………………………………………………………. 71
    4-8-1- طیف طرح استاندارد 2800………………………………………………………………………………………… 72
    4-8-2- مشخصات هندسی اعمال شده پل در شبیه سازی عددی………………………………………… 72
    4-8-3- تعیین مقاومت های درج شده در مدارک فنی (مقاومت مشخصه)…………………………… 74
    4-8-4- بارهای وارد به سازه………………………………………………………………………………………………………. 75
4-9- تعیین ظرفیت اجزای سازه……………………………………………………………………………………………………… 78
4-10- نتایج تحلیل……………………………………………………………………………………………………………………………. 78
    4-10-1- تغییر مکان های ناشی از بارهای قائم………………………………………………………………………. 78
    4-10-2- مقادیر لنگر خمشی، نیروی برشی و نیروی محوری ایجاد شده در عرشه پل……….. 79
    4-10-3- مقادیر لنگر خمشی، نیروی برشی و نیروی محوری در سرستون ها……………………… 81
    4-10-4- مقادیر لنگر خمشی، نیروی برشی و نیروی محوری در کوله ها…………………………….. 86
    4-10-5- مقادیر لنگر خمشی، نیروی برشی و نیروی محوری در پایه ها………………………………. 90
    4-10-6- مودهای نوسان طبیعی سازه……………………………………………………………………………………… 95
    4-10-7- تصویر مود ارتعاشی غالب…………………………………………………………………………………………… 97
    4-10-8- تغییرمکان های ناشی از بار زلزله……………………………………………………………………………… 97
4-11- ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای بر مبنای دستورالعمل FHWA-95……………………………….. 100
4-12- نسبت ظرفیت به تقاضا ستون ها و پایه های بتن مسلح………………………………………………… 101
    4-12-1- تعیین مقادیر ظرفیت لرزه ای نیرو و لنگر برای پایه های پل……………………………… 101
    4-12-2- مقادیر تقاضا نیرو و لنگر ستون ها…………………………………………………………………………. 103
    4-12-3- تعیین نسبت ظرفیت ارتجاعی به تقاضای نهایی خمشی ستون…………………………. 104
    4-12-4- نسبت ظرفیت به تقاضا تغییر مکان پایه ها…………………………………………………………… 113
4-13- ارزیابی مقاومت دال عرشه……………………………………………………………………………………………………..114
     4-13-1- ارزیابی مقاومت خمشی دال………………………………………………………………………………………..115
     4-13-2- ارزیابی مقاومت برشی دال…………………………………………………………………………………………..115
4-14- نسبت ظرفیت به تقاضا اعضای غیر باربر ………………………………………………………………………. ..116
    4-14-1- پهنای نشیمن گاه روی کوله ها……………………………………………………………………………… 116
    4-14-2- مهار آرماتورهای طولی ستون…………………………………………………………………………………. 118
    4-14-3- وصله آرماتورهای طولی ستون……………………………………………………………………………….. 120
4-15- مهندسی ارزش در امر مقاوم سازی ………………………………………………………………………………… 124
   4-15-1- روش و هزینه انجام مقاوم سازی…………………………………………………………………………….. 125
   4-15-2- بهسازی پل بر اساس مهندسی ارزش……………………………………………………………………… 125
4-16- انواع روش های بهسازی پل مورد مطالعه………………………………………………………………………… 128
4-17- گزینه های پیشنهادی برای مقاوم سازی لرزه ای پل مورد مطالعه………………………………… 133
فصل 5: جمع‌بندی و پیشنهادها ………………………………………………………………………………134
5-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………135
5-2- نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………… .135
5-3- پیشنهادها……………………………………………………………………………………………………… 137
مراجع…………………………………………………………………………………………………………… 140
پیوست‌            144

  • مقدمه

اهمیت در نظر گرفتن اثرات زلزله در طراحی سازه های مهندسی برای اولین بار در سال 1923 پس از آسیب های مخرب زلزله کانتو[1] (جزیره هونشو[2] در ژاپن) به رسمیت شناخته گردید. در آن روزها پل ها بر اساس فن آوری از ایالات متحده آمریکا، انگلستان، آلمان و فرانسه بدون در نظر داشتن اثرات اختلالات لرزه ای ساخته می شدند. آسیب های معمولی بر اثر زلزله در آن وقت به صورت تغییر مکان جانبی بود، که این عامل باعث فروپاشی کل سیستم پل می گردید این یک آسیب معمول بود که اثرات لرزه ای در آن در نظر گرفته نمی گردید، یا وقتی که طراحی لرزه ای به ویژه برای پایه کافی نبود، این نوع آسیب در سال 1920 تا1950 بیشتر در پل ها نمایان گردید. از همین رو اقدامات متقابل لرزه ای پس از زلزله 1923 کانتو آغاز گردید. روش نیروی جانبی استاتیکی معادل با بهره گیری از ضریب لرزه ای 1/0-3/0 بر اساس روش طراحی تنش مجاز، که اغلب به روش ضریب لرزه ای نامیده می گردد به عنوان روشی برای مقابل با نیروی زلزله تعیین گردید و برای اولین بار در طراحی پل ها در سال 1927 به ثبت رسید. از آن وقت بر اساس آسیب لرزه ای و پیشرفت تحقیقات اقدام طراحی لرزه ای بهبود پیدا نمود. اما با این حال هنوز دانش طراحی در مرحله اولیه و بیشتر برای اطمینان از عملکرد لرزه ای بود به همین خاطر بسیاری از عوامل مهم دیگر مانند میدان حرکت واقعی زمین، شکل پذیری و پاسخ دینامیکی و نکات دیگر در طراحی ها شامل نمی گردید اما این شروعی بود برای مقابله با اثر زلزله بر سازه.
2-1- هدف از پژوهش و اهداف آن

2

در حین وقوع زلزله تنها ساختمان ها نیستند که تحت تاثیر نیروی زلزله قرار می گیرند پل ها هم در این بین به عنوان سازه های مهم تحت تاثیر تحریکات لرزه ای قرار می گیرند. در هر کشوری راه و راه آهن به عنوان شریان های حیاتی یک کشور، از اهمیت بسیار بالایی برخوردار هستند. در زمان جنگ و یا بحران های دیگر مثل زلزله این راه ها به عنوان اصلی ترین راه ها برای کمک رسانی محسوب می شوند و در صورتی که دچار آسیب شوند جایگزین کردن آنها کاری بسیار مشکل می باشد. لازمه‌ی بهره گیری‌ی بی‌وقفه از این نوع سازه ها این می باشد که خسارت‌‌های وارده به آنها به حداقل اندازه ممکن کاهش یابد، به طوری که بدون محدودیت ترافیکی قابل بازسازی مجدد باشد. مطالعه‌ها اینگونه نشان می‌دهد که پل‌های ساخته شده در چند دهه اخیر اشکال‌های عمده‌ای در طراحی و اجرا دارند. این پل‌ها معمولاً به صورت ثقلی طراحی شده و ضوابط خاص لرزه‌ای در آنها لحاظ نشده می باشد. از طرفی بر خلاف سازه‌های مسکونی، به مقصود عملکرد بی وقفه پل‌ها بعد از وقوع زلزله بایستی شرایط بهره برداری را داشته باشند. در طراحی بسیاری از پل های گذشته به دلیل نبود دانش طراحی لازم در زمان ساختشان، اثرات تخریبی زلزله در نظر گرفته نمی گردید. وقوع شکست و خرابی های متعدد در زلزله های گذشته در کشور های مختلف نظیر 1995 کوبه ژاپن[3]، 1994 نورثریج  کالیفرنیا[4] در ایالات متحده، نشان دهنده مقدار آسیب پذیری این سازه ها در برابر زلزله بود. از آنجا که در قرن گذشته زمین لرزه هایی که در ایران به وقوع پیوست اکثراً در محدوده شهر های بزرگ نبوده می باشد و همچنین از آن سو که پل ها توسط نهاد های دولتی و تحت نظارت بهتری نسبت به ساختمان های معمولی طرح و اجرا می گردند خوشبختانه تاکنون شاهد خرابی های شدید از این نوع سازه ها در ایران نبودیم اما مطالعه پل ها در سطح تهران مشخص کرده می باشد در صورت وقوع زمین لرزه های نسبتاً شدید آسیب دیدگی این پل ها دور از انتظار نیست.
با در نظر داشتن مطالب فوق بهسازی رفتار لرزه ای پل های موجود را می توان مانند اقدامات بسیار موثر در کاهش هزینه ها و تلفات ناشی از زلزله در نظر گرفت مقاوم سازی لرزه ای شامل دو گام اساسی، مطالعه رفتار لرزه ای سازه های موجود و سپس مطالعه روش های ارتقای رفتار لرزه ای می باشد. این مطالعه ها علاوه بر کاربردشان برای مقاوم سازی لرزه ای سازه های موجود، با مشخص کردن نقاط اشکال سازه، وسیله موثری در جهت افزایش دانش طراحی لرزه ای و بهبود کیفیت طراحی و اجرای سازه های جدید فراهم می آورند. قبل از اینکه روش های مقاوم سازی لرزه ای را برای یک سازه به کار بریم بایستی دانست که سازه در کدام قسمت و با چه کیفیتی آسیب پذیر می باشد. جهت تشخیص این آسیب پذیری نیز روش های گوناگونی هست که در کل به دو دسته روش های کیفی و روش های کمی تقسیم بندی می­گردند. در حقیقت هدف از ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای، تعیین اندازه خطر لرزه ای طبقه بندی شده ای می باشد که با بهره گیری از نتایج کمی، پل را تهدید می کند.
هدف از این پژوهش جمع آوری اطلاعات در خصوص ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای یکی از پل های شهر تهران می باشد همانطور که می دانیم لزوم انجام مطالعات ارزیابی آسیب پذیری و همچنین بهسازی پل ها که به عنوان سرمایه ملی مطرحند، خصوصا برای پل هایی که با آیین نامه های قدیمی طرح و اجرا شده اند امری حیاتی می باشد. اما از آنجا که انجام این گام ها برای تمام انواع پل ها امکان پذیر نیست طی این پژوهش بعضی روش های مهم و کاربردی جهت مقاصد ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای پل ها تشریح می گردد. فرآیند ارزیابی و گام های انجام آن در بسیاری از پل ها مشابه می باشد، پس با بهره گیری از بعضی تشابهات درروند ارزیابی تحلیلی پل ها، نتایج این پژوهش را  می توان در بعضی موردها که ذکر خواهد گردید به پل های بتنی با سیستم عرشه دو عنصری و ستون های قابی شکل تعمیم داد. این موضوع جای پژوهش بسیار دارد و شایسته می باشد تا محققین، افق های باز تحقیقاتی را به صورت دقیق و تفصیلی ادامه دهند تا با شناخت اشکال پل ها و اجرای  طرح های بهسازی لرزه ای، هنگام وقوع زلزله شاهد آسیب دیدگی های شدید این سازه های حساس نباشیم.

تعداد صفحه : 157
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   سمینار کارشناسی ارشد رشته عمران : بررسی عوامل موثر بر پایداری شیب های سد خاکی

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

دسته‌ها: عمران