بررسی اثر مؤلفه قائم زلزله‌ حوزه نزدیک بر رفتار لرزه‌ای پل‌های جداسازی شده

نوع مقاله : Articles

نویسندگان

1 گروه مهندسی سازه، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران

2 پژوهشکده مهندسی سازه، پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، تهران

چکیده

در آیین‌نامه‌های طراحی پل نظیر آشتو رابطه مستقیم و صریحی برای لحاظ نمودن اثرات مؤلفه قائم زلزله در طراحی تکیه‌گاه‌های الاستومری ارائه نشده است. در عوض آشتو در راهنمای طراحی جداگرهای لرزه‌ای خود برای لحاظ نمودن مؤلفه قائم زلزله بدون در نظر گرفتن شتاب مؤلفه قائم، نوع خاک، فاصله تا گسل و...، افزایش و کاهش مقدار بار مرده به میزان 20 درصد را پیشنهاد می‌کند. درصورتی‌که در نواحی نزدیک گسل، مؤلفه قائم زلزله شدید بوده و باعث افزایش قابل‌توجه پاسخ‌ها در پل می‌شود. در این مطالعه به‌صورت موردی پل طبقاتی صدر تحت اثر مؤلفه قائم تعدادی شتاب‌نگاشت زلزله دارای خصوصیات نزدیک گسل قرار گرفته است و تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی برای هر یک از آنها انجام شده است. نتایج نشان می‌دهد مؤلفه قائم زلزله در نواحی نزدیک گسل باعث افزایش قابل‌توجه پاسخ اعضای پل نظیر افزایش حداکثر نیروی محوری پایه‌های پل، شتاب عرشه، برش و لنگر خمشی در مقطع عرضی عرشه می‌شود و بیشتر از مقدار افزایش یا کاهش 20 درصدی بار مرده مد نظر آیین‌نامه است. برای بررسی رفتار جداسازهای لرزه‌ای ناشی از ازدیاد نیروی فشاری تحت اثر مؤلفه قائم زلزله، مدلی ساده از جداسازها که قابلیت لحاظ نمودن تغییرات سختی در راستای قائم و افقی و انجام تحلیل پایداری کمانشی را دارا می‌باشد تهیه شد. نتایج نشان می‌دهد افزایش نیروی محوری فشاری باعث کاهش سختی جانبی جداسازها می‌شود و افزایش جابه‌جایی جانبی باعث افزایش تغییر شکل محوری جداساز شده و همچنین منحنی چرخه‌ای نیرو-‌جابه‌جایی جداسازها دچار کاهش سختی و مقاومت جانبی می‌شود. علاوه بر آن، روابط معمول در محاسبه ظرفیت کمانشی جداگرها تا حدودی دست بالاست و استفاده از مدل‌های تحلیل کمانشی ارجحیت دارد. برای کاهش اثرات مؤلفه قائم زلزله در سازه‌های جداسازی شده، جداسازی سه‌بعدی از طریق ایجاد هم‌زمان انعطاف‌پذیری قائم و افقی در جداسازها پیشنهاد شده است. نتایج نشان می‌دهد کاهش پاسخ پل نظیر شتاب قائم وسط دهانه، برش و لنگر خمشی عرشه با کاهش سختی قائم جداسازها روند نزولی دارد.

کلیدواژه‌ها


  1. Papazoglou, A.J. and Elnashai, A.S. (1996) Analytical and field evidence of the damaging effect of vertical earthquake ground motion. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 25(10), 1109-1138.
  2. Abdollahiparsa, H., Homami, P., and Khoshnoudian, F. (2016) Effect of vertical component of an earthquake on steel frames considering soil-structure interaction. KSCE Journal of Civil Engineering, 20(7), 2790-2801.
  3. Hosseinzadeh, N. (2008) Vertical component effect of earthquake in seismic performance of reinforced concrete bridge piers. Proceedings of 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China (06-0050).
  4. Shrestha, B. (2015) Seismic response of long span cable-stayed bridge to near-fault vertical ground motions. KSCE Journal of Civil Engineering, 19(1), 180-187.
  5. Warn, G.P. and Whittaker, A.S. (2008) Vertical earthquake loads on seismic isolation systems in bridges. Journal of Structural Engineering, 134(11), 1696-1704.
  6. Mazza, F. and Vulcano, A. (2004) Effects of vertical acceleration on the response of base-isolated structures subjected to near-fault ground motions. 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, Canada.
  7. Loghman, V., Khoshnoudian, F., and Banazadeh, M. (2015) Effect of vertical component of earthquake on seismic responses of triple concave friction pendulum base-isolated structures. Journal of Vibration and Control, 21(11), 2099-2113.
  8. Ryan, K.L., Kelly, J.M., and Chopra, A.K. (2005) Nonlinear model for lead–rubber bearings including axial-load effects. Journal of Engineering Mechanics, 131(12), 1270-1278.
  9. Vu, B., Unal, M., Warn, G.P., and Memari, A.M. (2014) A distributed flexibility and damping strategy to control vertical accelerations in base-isolated buildings. Structural Control and Health Monitoring, 21(4), 503-521.
  10. Pacific Earthquake Engineering Research Center (2013) Urban Earthquake Engineering. PEER Reports. Proceedings of the U.S. - Iran Seismic Workshop, Tehran, Iran, 383-398.
  11. Pacific Earthquake Engineering Research Center (2016) OpenSees Software, the Open System for Earthquake Engineering Simulation. http://OpenSees.Berkeley.edu.
  12. SeismoStruct )2016( Earthquake Engineering Software Solution, http://www.seismosoft.com/ seismostruct.
  13. Mazzoni, S., McKenna, F., Scott, M.H., and Fenves, G.L. (2006) OpenSees Command Language Manual. Pacific Earthquake Engineering Research (PEER) Center, http://OpenSees.Berkeley.edu.
  14. Kumar, M., Whittaker, A.S., and Constantinou, M.C. (2014) An advanced numerical model of elastomeric seismic isolation bearings. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 43(13), 1955-1974.
  15. Pant, D.R., Wijeyewickrema, A.C., and ElGawady, M.A. (2013) Appropriate viscous damping for nonlinear time-history analysis of base-isolated reinforced concrete buildings. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 42(15), 2321-2339.
  16. Ryan, K.L. and Polanco, J. (2008) Problems with Rayleigh damping in base-isolated buildings. Journal of Structural Engineering, 134(11), 1780-1784.
  17. Somerville, P.G. (1998) Development of an improved representation of near fault ground motions. SMIP98 Seminar on Utilization of Strong-Motion Data (Vol. 15).
  18. Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER) (2013) Next Generation Attenuation (NGA) Database. http://ngawest2.berkeley.edu/site.
  19. Road, Housing and Urban Development Research Center (2014) Iranian Code of Practice for Seismic Resistant Design of Buildings (Standard No 2800), 4th Edition, Tehran, 13-20.
  20. SeismoMatch )2016( Earthquake Engineering Software Solution. http://www.seismosoft.com/ seismomatch.
  21. American Society of Civil Engineers (ASCE) (2010) Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures (ASCE SEI 7-10), Virginia.
  22. Abrahamson, N.A. (1992) Non-stationary spectral matching. Seismological Research Letters, 63(1), 30.
  23. Hancock, J., Watson-Lamprey, J., Abrahamson, N.A., Bommer, J.J., Markatis, A., McCoy, E.M.M.A., and Mendis, R. (2006) An improved method of matching response spectra of recorded earthquake ground motion using wavelets. Journal of Earthquake Engineering, 10(spec01), 67-89.
  24. National Earthquake Hazards Reduction Program NEHRP, Consultants Joint Venture A partnership of the Applied Technology Council and the Consortium of Universities for Research in Earthquake Engineering, NIST GCR 11-917-15 (November 2011) Selecting and Scaling Earthquake Ground Motions for Performing Response-History Analyses, California, 3-22 to 3-23.
  25. Lee, H. and Mosalam, K. (2014) Effect of Vertical Acceleration on Shear Strength of Reinforced Concrete Columns (No. PEER 2014/04).
  26. Koh, C.-G. and Kelly, J.M. (1987) Effects of Axial Load on Elastomeric Isolation Bearings. Rep. No. UCB/EERC-86/12. Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley.
  27. American Association of State Highways and Transportation Officials (AASHTO) (2012) AASHTO LRFD Bridge Design Specifications. 6th Ed., American Association of State Highway and Transportation Officials. Washington, DC.
  28. American Association of State Highways and Transportation Officials (AASHTO) (2010) Guide Specifications for Seismic Isolation Design. AASHTO, Washington, DC.
  29. Buckle, I.G., Constantinou, M.C., Diceli, M., and Ghasemi, H. (2006) Seismic Isolation of Highway Bridges (No. MCEER-06-SP07).
  30. Weisman, J. and Warn, G.P. (2011) Stability of elastomeric and lead-rubber seismic isolation bearings. Journal of Structural Engineering, 138(2), 215-223.