بررسی اثر مولفه قائم زلزله بر تغییرات نیروی محوری پایه پل بتنی با جداگر پاندولی اصطکاکی (FPS)

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

3 دکترا، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

پل‌ها ازجمله سازه‌های اصلی و حیاتی در هر کشور می‌باشند و لازم است امکان بهره‌وری از آن‌ها به‌ویژه در هنگام وقوع حوادثی مانند زلزله به منظور امدادرسانی فراهم باشد. وقوع خرابی زیاد و فروریزش بسیاری از پل‌ها در زلزله‌های گذشته منجر به توسعه روش‌های مقاومسازی و بهسازی لرزه‌ای شده که یکی از این روش‌ها استفاده از انواع جداسازهای لرزه‌ای می‌باشد. همچنین با توجه به تحقیقات گسترده‌ روی علل خرابی‌های بوجود آمده در پل‌ها، مشخص شد که مولفه قائم زلزله و در پی آن تغییرات نیروی محوری ستون‌ها مساله‌ای اساسی و تاثیرگذار بر خرابی پایه‌ها بوده‌است. بنابراین در تحقیق پیش‌رو به بررسی تغییرات نیروی محوری و احتمال خرابی پایه‌ها و جداگرهای یک پل کوله باز سه دهانه با شاه‌تیرهای پیش‌ساخته بتنی و طول دهانه‌های متفاوت که توسط جداسازهای پاندولی اصطکاکی تک قوسی جداسازی شده است می‌پردازیم. به منظور افزایش دقت پاسخ‌ها و درنظر گرفتن عدم قطعیت ذاتی پدیده زلزله از تحلیل دینامیکی فزاینده استفاده شده است و به کمک منحنی‌های شکنندگی احتمال خرابی پایه پل و جداگرها تحت اثر همزمان سه مولفه زلزله درمقایسه با اعمال دو مولفه بررسی شده است. نتایج حاصل از مقایسه حداقل نیروی محوری فشاری، نشان دهنده رشد نرخ کاهش این نیرو با اعمال مولفه قائم بود. همچنین مولفه قائم زلزله حداکثر نیروی محوری فشاری و نیروی کششی ستون را افزایش داده و باعث افزایش احتمال خرابی پایه‌ها در سطح خرابی متوسط و گسترده به ترتیب به میزان شش و بیست و چهار درصد و در جداگرها به میزان بیست و یک درصد شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the Effect of Vertical Component of Earthquake on Variation of Axial forces in RC Bridge Pier with FPS Isolators

نویسندگان [English]

  • Golshid Shid 1
  • Mahmoud Reza ُُShiravand 2
  • Shima Mahboubi 3
1 Ph. D. Candidate, Department of Civil, Water and Environmental Eng., Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 Associate Professor, Department of Civil Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
3 Ph. D , Department of Civil, Water and Environmental Eng., Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Bridges are key elements in the highway transportation system. Many bridges collapsed or were extensively damaged in past earthquakes, which highlighted the vulnerabilities of existing bridges. Therefore, different rehabilitation methods have been developed for mitigating earthquake hazards in new bridges or retrofitting existing ones. Isolation systems are one of the most commonly used devices that have been developed to dissipate earthquake energy and improve the seismic behavior of bridges. Friction pendulum System (FPS) is a sliding-based isolator, widely used in the seismic design of bridges. Recent investigations show that bridges with FPS isolators exhibit good performance against seismic forces due to the energy dissipation of the isolation device. The purpose of this study is to assess the effects of the vertical component of the earthquake on variations of axial forces of piers in a three-span continuous deck reinforced concrete(RC) bridge, seismically isolated by the FPS. To this end, incremental dynamic analyses (IDA) are conducted using a suite of 24 near-fault ground motions to evaluate the dynamic behavior of the bridge piers. IDA curves and Fragility curves are generated with peak Ground acceleration and column drift as intensity measure and Engineering Demand Parameter (EDP), respectively. The results showed that the vertical component of earthquake can increase the axial forces of piers significantly. Moreover, the damage probability of the moderate and extensive damage states showed 6% and 24% increase, respectively, And The damage probability of Isolators increased by 21% considering the vertical component of the earthquake.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Concrete Bridge
  • Vertical Component Of Earthquake
  • Incremental Dynamic Analysis
  • Friction Pendulum System
  • Fragility Curve

مراجع

[1] Cooper, J., & Friedland, I. (1994). The Northridge earthquake: Progress made, lessons learned. Public Roads, 58(1), 26-36.
[2] Yashinsky, M. (1998). Performance of bridge seismic retrofits during Northridge earthquake. Journal of Bridge Engineering, 3(1), 1-14.
[3] Yashinsky, M., & Karshenas, M. J. (2003). Fundamentals of seismic protection for bridges. National Information Centre of Earthquake Engineering.
[4] Naeim, F., & Kelly, J. M. (1999). Design of seismic isolated structures: from theory to practice. John Wiley & Sons.
[5] Buckle, I. G., & Mayes, R. L. (1990). Seismic isolation: history, application, and performance—a world view. Earthquake spectra, 6(2), 161-201.
[6] Martelli, A., & Forni, M. (1993). Most Recent Experimental and Numerical Studies Performed in Italy on Seismic Isolation, 225-236.
[7] Kelly, J. M. (1997). Seismic isolation for earthquake-resistant design. In Earthquake-Resistant Design with Rubber, 1-18.
[8] Dicleli, M. U. R. A. T., & Mansour, M. Y. (2003). Seismic retrofitting of highway bridges in Illinois using friction pendulum seismic isolation bearings and modeling procedures. Engineering Structures, 25(9), 1139-1156.
[9] Zayas, V. A., & Mahin, S. A. (1987). The FPS earthquake resisting system experimental report. Earthquake Engineering Research Center.
[10] Kunnath, S. K., Erduran, E., Chai, Y. H., & Yashinsky, M. (2008). Effect of near-fault vertical ground motions on seismic response of highway overcrossings. Journal of Bridge Engineering, 13(3), 282-290.
[11] California Department of Transportation. (2004). Caltrans seismic design criteria, Version 1.3.
[12] Papazoglou, A. J., & Elnashai, A. S. (1996). Analytical and field evidence of the damaging effect of vertical earthquake ground motion. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 25(10), 1109-1137.
[13] Yu, C. P., Broekhuizen, D. S., & Roesset, J. M. (1997). Effect of vertical ground motion on bridge deck response. In Post-Earthquake reconstruction strategies: NCEER-INCEDE center-to-center project, 249-63.
[14] Gülerce, Z., & Abrahamson, N. A. (2010). Vector-valued probabilistic seismic hazard assessment for the effects of vertical ground motions on the seismic response of highway bridges. Earthquake Spectra, 26(4), 999-1016.
[15] Wei, B., Zuo, C., He, X., Jiang, L., & Wang, T. (2018). Effects of vertical ground motions on seismic vulnerabilities of a continuous track-bridge system of high-speed railway. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 115, 281-290.
[16] Farahmand-Tabar, S., & Barghian, M. (2021). Seismic assessment of a cable-stayed arch bridge under three-component orthotropic earthquake excitation. Advances in Structural Engineering, 24(2), 227-242.
[17] Wibowo, H., & Sritharan, S. (2022). Effects of vertical ground acceleration on the seismic moment demand of bridge superstructure connections. Engineering Structures, 253, 113820.
[18] Thapa, S., Shrestha, Y., & Gautam, D. (2022, March). Seismic fragility analysis of RC bridges in high seismic regions under horizontal and simultaneous horizontal and vertical excitations. In Structures, 37, 284-294.
[19] Mander, J. B., Priestley, M. J., & Park, R. (1988). Theoretical stress-strain model for confined concrete. Journal of structural engineering, 114(8), 1804-1826.
[20] Gandelli, E., Penati, M., Quaglini, V., Lomiento, G., Miglio, E., & Benzoni, G. M. (2019). A novel OpenSees element for single curved surface sliding isolators. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 119, 433-453.
[21] Dutta, A., & Mander, J. B. (1998, June). Seismic fragility analysis of highway bridges. In Proceedings of the INCEDE-MCEER center-to-center project workshop on earthquake engineering Frontiers in transportation systems, 22-23.
[22] Vamvatsikos, D., & Cornell, C. A. (2002). Incremental dynamic analysis. Earthquake engineering & structural dynamics, 31(3), 491-514.
[23] Federal Emergency Managment Agency (FEMA), (2009), FEMA P695: Quantification of Building Seismic Performance Factors(Washigton, DC, USA).

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 19 بهمن 1401
  • تاریخ بازنگری: 28 فروردین 1402
  • تاریخ پذیرش: 14 اردیبهشت 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار