ارائه مدل سه درجه آزادی برای بررسی تاثیر پارامترهای جرمی بر زمان تناوب طولی پل‌های دارای جداگر لرزه‌ای

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

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

2 دانشجوی دکتری مهندسی زلزله، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

جرم زیر سازه مولفه مهمی است که بر روی زمان تناوب و در نتیجه نیروها و جابجایی‌های پل‌های دارای جداگر لرزه‌ای اثر می‌گذارد. در حالیکه برخی آیین‌نامه‌های طراحی مانند آئین‌نامه آشتو، در روش ساده شده تحلیل، این جرم را نادیده گرفته‌اند. جرم زیر سازه از چهار مولفه جرم پایه‌ها، جرم تیر سر ستون، ممان اینرسی دورانی پایه‌ها، و ممان اینرسی دورانی تیر سر ستون تشکیل شده‌است. در مقاله حاضر اثر مولفه‌های جرم زیرسازه بر روی زمان تناوب طولی پل‌های دارای جداگر لرزه‌ای بررسی شده‌است. بدین منظور مدل تحلیلی سه درجه آزادی پل دارای جداگر لرزه‌ای در جهت طولی و محاسبات زمان تناوب طولی در چهار حالت دقیق، با نادیده گرفتن ممان اینرسی دورانی، با نادیده گرفتن جرم تیر سرستون و در آخر با نادیده گرفتن کل مولفه‌های جرم زیر سازه (مدل پیشنهادی آئین نامه آشتو) ارائه شد. صحت سنجی مدل تحلیلی ارائه شده در حالت دقیق، از طریق مقایسه با مدل اجزا محدود انجام شد. نتایج نشان داد ممان اینرسی دورانی زیر سازه تاثیری بر روی زمان تناوب طولی ندارد، در حالیکه تاثیر جرم تیر سر ستون در پل‌های جداسازی شده با پایه‌های بلند قابل ملاحظه بوده و نادیده گرفتن آن منجر به ایجاد 8% خطا در زمان تناوب طولی پل‌های نامبرده می‌گردد. همچنین نتایج نشان داد روش‌های ساده شده‌ای که کل جرم زیر سازه را نادیده می‌گیرند، مشابه روش بکار گرفته شده در آئین نامه آشتو، در برخی پل‌ها نتایج دقیقی ندارد و هرچه نسبت سختی جداگر لرزه‌ای به سختی زیر سازه افزایش می‌یابد، خطای این روش‌ها در تخمین زمان تناوب افزایش یافته‌ و به 15% رسیده‌است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Proposing 3-DoF Model to Study of Mass Parameter Effects on Longitudinal Period in Base Isolated Bridges

نویسندگان [English]

  • Mahmoud Reza ُُShiravand 1
  • Mahsa Rasouli 2
1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 PhD Student, Department of Civil Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

The effect of mass parameters on the natural vibration period of isolated bridges is discussable, especially in case of substructure mass components, because of the disagreement of different researchers about it. This is while some bridge design codes such as AASHTO guide specification, ignores substructure mass in simplified method of analysis. Current paper investigates the effects of substructure mass components on the longitudinal period of base isolated bridges. These components include: pier mass, cap beam mass, pier rotational moments of inertia, and cap beam rotational moments of inertia. In this paper, a three degree of freedom analytical model of isolated bridge in longitudinal direction is presented and the natural vibration period of this model is calculated in four cases. These cases are: (1) exact solution, (2) by ignoring the rotational moments of inertia, (3) by ignoring the cap beam mass, and (4) by ignoring the pier and cap beam mass (AASHTO model). The periods obtained from exact analytical model were compared with those obtained from finite element model and the results showed the good conformity. The results also showed that the substructure rotational moments of inertia isn’t a determinative parameter in the calculation of the first longitudinal period; while the cap beam mass have a significant impact on the longitudinal period of base isolated bridges with tall piers or stiff isolators. The ignorance of cap beam mass caused 8% error in the period of such bridges. The results showed that the simplified method of AASHTO guide specification isn't applicable in some bridges and may cause more than 10% error. By increasing the ratio of isolator stiffness to substructure stiffness, the error of period which is calculated by AASHTO model, increases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Base isolated bridges
  • Analytical model
  • Longitudinal period
  • Effective mass parameters
  • Simplified method
[1] Buckle, I. Goodson, M. Cassano, R. Douglas, B. Hegemier, G. Imbsen, R. Jones, D. Liu, D. Mayes, R. North, P. Priestley, N. Rojahn, C. Seible, F. Selna, L. and Viest, I. (1990). BRIDGE STRUCTURES. Earthquake Spectra, 6 (S1), 151-187.
[2] Moehle, J. Fenves, G. Mayes, R. Moehle, J. Priestley, N. Seible, F. Uang, C. Werner, S. and Aschheim M. (1995) HIGHWAY BRIDGES AND TRAFFIC MANAGEMENT. Earthquake Spectra, 11(S2), 287-372.
[3] Wallace, J. Eberhard, M. Hwang, S. Moehle, J. Post, T. Roblee, C. Stewart, J. and Yashinsky M. (2001) Highway Bridges. Earthquake Spectra, 17 (S1), 131-152.
[4] Priestley, M. Seible, F. and Calvi, G. (1996). Seismic design and retrofit of bridges. New York: Wiley, 1-57.
[5] AASHTO. (2014). Guide Specifications for Seismic Isolation Design. Washington, D C, 15-19.
[6] SAP2000, version 14.2.4, [Computer software]. Berkeley, CA, Computers and Structures, Inc.
[7] Olmos, B. Jara, J. and Roesset, J. (2011). Effects of isolation on the seismic response of bridges designed for two different soil types. Bull Earthquake Engineering, 9 (2), 641-656.
[8] Wei, C. Al-Ani, M. and Buckle, I. (2013). An improved simplified method for the analysis of seismically isolated highway bridge with heavy substructure. In: 7th National Seismic Conference on Bridges and Highways. Oakland, CA, 1–7.
[9] Mao, Y. Tremblay, R. Leger, P. and Li, J. (2017). New simplified method for designing seismically isolated highway bridges with massive piers. Journal of Bridge Engineering, 22 (8), 04017041.
[10] AASHTO, L. R. F. D. (2012). Bridge design specification. Washington, D C, 308-601.