مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

تاتیر آلیاژهای حافظه‌دار در بهبود رفتار لرزه‌ای پل های کابلی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران
2 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد نیشابور، ایران
3 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
10.22065/jsce.2025.543418.3807
چکیده
آلیاژ حافظه‌دار شکلی مصالح جدیدی هستند که در چند دهه اخیر کاربردهای مختلفی در زمینه‌های مختلف علوم و مهندسی پیدا کرده‌اند. یکی از زمینه‌های کاربرد این مواد در مهندسی سازه و زلزله می‌باشد. آلیاژهای حافظه‌دار خیلی گران هستند و استفاده از آنها در سازه‌ها غیر اقتصادی است، به همین دلیل محققین به فکر استفاده ترکیبی از این مصالح با سایر مواد مانند فولاد افتادند که بتواند بهترین بازده را در عمل ارائه دهد. در این مقاله یک پل کابلی در نرم افزار آباکوس مدل‌سازی و پس از اعمال رکورد زلزله السنترو مورد بررسی قرار گرفته است و بهترین موقعیت قرارگیری آلیاژهای حافظه‌دار که رفتار لرزه‌ای بهتری را نشان می‌دهد معرفی شده است. این پل تشکیل شده از یک تیر حمال(عرشه پل) پیوسته با یک یا چند برج بنا شده بالای پایه‌های پل در وسط دهانه و از این برج‌ها کابل‌ها به صورت مورب به سمت پایین(معمولا هر دو طرف) کشیده شده و تیرحمال(عرشه پل) را نگه می‌دارد. تنوع بسیاری در تعداد و نوع برج‌ها و همچنین تعداد و چینش کابل‌ها وجود دارد. آلیاژهای حافظه‌دار شکلی که به عنوان موادی هوشمند شناخته شده‌اند نسبت به سیستم‌های متداول مستهلک کننده انرژی، دارای مزایا و ویژگی‌های منحصر به فردی هستند و کاربرد وسیعی در کنترل سازه‌ها به خصوص کنترل پاسخ لرزه‌ای پل‌ها پیدا کرده‌اند. عدم نیاز به تعویض پس از زلزله،‌ مقاومت در برابر خوردگی و خستگی، قابلیت بازگشت به حالت اولیه به وسیله اعمال دما، شکل‌پذیری بالا، قابلیت استهلاک انرژی زیاد از جمله مزایا و ویژگی‌های این مواد است. در این تحقیق جهت کنترل تقاضای لرزه‌ای پل‌ها از آلیاژهای حافظه‌دار شکلی استفاده شده است که دارای رفتار فوق ارتجاعی هستند، به عبارت دیگر پس از باربرداری به حالت اولیه خود باز می‌گردند و کرنش پس ماندی بر جای نمی‌گذارند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

The effect of shape memory alloys in improving the seismic behavior of cable-stayed bridges

نویسندگان English

Hossein Khosravi 1
Arezoo Ayesteh 2
Hamid Pirmoghan 3
1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran
2 MSc, Department of Civil Engineering, Neyshabur Branch, Islamic Azad University, Neyshabur, Iran
3 PhD Student, Department of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده English

Shape memory alloys are new materials that have found various applications in various fields of science and engineering in the last few decades. One of the fields of application of these materials is in structural and earthquake engineering. Shape memory alloys are very expensive and their use in structures is uneconomical, for this reason, researchers thought of using a combination of these materials with other materials such as steel that can provide the best efficiency in practice. In this article, a cable-stayed bridge is modeled in ABAQUS software and examined after applying the Elsentro earthquake record, and the best location of the memory alloys that shows better seismic behavior is introduced. This bridge consists of a continuous load-bearing beam (bridge deck) with one or more towers built above the bridge piers in the middle of the span, and from these towers, cables are stretched diagonally downwards (usually on both sides) and hold the load-bearing beam (bridge deck). There is a great variety in the number and type of towers, as well as the number and arrangement of cables. Shape memory alloys, which are known as smart materials, have unique advantages and properties over conventional energy-dissipating systems and have found wide application in controlling structures, especially controlling the seismic response of bridges. No need for replacement after an earthquake, resistance to corrosion and fatigue, ability to return to the original state by applying temperature, high ductility, and high energy dissipation capacity are among the advantages and properties of these materials. In this research, shape memory alloys have been used to control the seismic demand of bridges, which have superelastic behavior, in other words, they return to their original state after unloading and do not leave any residual strain.

کلیدواژه‌ها English

Shape Memory Alloy
Super Elastic
Cable Bridge
Seismic Behavior
Performance Improvement
[1] Graesser, E. J. and Cozzarelli, F. A. (1991). Shape memory alloys as new materials for aseismic isolation. Journal of Engineering Mechanics, 117(11), 2590–2608. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(1991)117:11:2590
[2] Wilde, K., Gardoni, P., and Fujino, Y. (2000). Base isolation system with shape memory alloy device for elevated highway bridges. Engineering Structures, 22(3), 222–229. https://doi.org/10.1016/S0141-0296(98)00097-2
[3] DesRoches, R. and Delemont, M. (2002). Seismic retrofit of simply supported bridges using shape memory alloy. Engineering Structures, 24(3), 325–332. https://doi.org/10.1016/S0141-0296(01)00098-0
[4] Andrawes, B. and DesRoches, R. (2005). Unseating prevention for multiple frame bridges using superelastic devices. Smart Materials and Structures, 14(3), S60–S67. https://doi.org/10.1088/0964-1726/14/3/008
[5] Choi, E., Nam, T. H., Oh, J. T., and Cho, B. S. (2006). An isolation bearing for highway bridges using shape memory alloys. Materials Science and Engineering A, 438–440, pp. 1081–1084. https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.05.098
[6] Saiidi, M. S. and Wang, H. (2006). Exploratory study of seismic response of concrete columns with shape memory alloys reinforcement. ACI Structural Journal, 103(3), 436–443. https://doi.org/10.14359/15322
[7] Andrawes, B. and DesRoches, R. (2007). Comparison between shape memory alloy seismic restrainers and other bridge retrofit devices. Journal of Bridge Engineering, 12(6), 700–709. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1084-0702(2007)12:6(700)
[8] Andrawes, B. and DesRoches, R. (2007). Effect of ambient temperature on the hinge opening in bridges with shape memory alloy seismic restrainers. Engineering Structures, 29(9), 2294–2301. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2006.11.028
[9] Sharabash, A. M. and Andrawes, B. (2009). Application of shape memory alloy dampers in the seismic control of cable-stayed bridges. Engineering Structures, 31(2), 607–616. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2008.11.007
[10] Nunes, A. W., Lima, F. S., Oliveira, A. G., dos Reis, R. P. B., Dantas, M. R. and Silva, A. A. (2025). Experimental study on the dynamic behavior of a small‑scale cable‑stayed bridge model with passive dampers using SMA mini springs. Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 36(13), August 2025. https://doi.org/10.1177/1045389X251356129.
[11] Zhou, L. and Alam, M. S. (2024). Seismic reliability-based assessment and design optimization of shape memory alloy bars in concrete bridge piers. Engineering Structures, 322, 119226. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2024.119226.
[12] Zhou, L. and Alam, M. S. (2024). Seismic performance of novel rocking bridge piers with SMA cables and collapse-proof cables against near-fault ground motions. Engineering Structures, 322, 119226. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2024.119226.
[13] 1. Andrawes, B. (2024). Superelastic SMA Dampers for Long-Span Bridges. In Shape Memory Alloys in Civil Engineering. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-031-68001-4_4
[14] 2. Li, S., Dezfuli, F.H., Wang, J.Q., & Alam, M.S. (2022). Utilizing a new self-centering hysteresis model to assess the seismic vulnerability of a long-span cable-stayed bridge equipped with SMA wire-based roller bearings. Advances in Bridge Engineering, 3(14). https://doi.org/10.1186/s43251-022-00064-z
[15] 4. Sun, L., Chen, L., & Huang, H. (2022). Stay cable vibration mitigation: A review. Advances in Structural Engineering, 25(16), 3368–3404. https://doi.org/10.1177/13694332221132316
[16] 5. Sharry, T., Guan, H., Nguyen, A., Oh, E., & Hoang, N. (2022). Latest Advances in Finite Element Modelling and Model Updating of Cable-Stayed Bridges. Infrastructures, 7(1), 8. https://doi.org/10.3390/infrastructures7010008
[17] Abdle-Ghaffar, A. M. and Nazmy, A. S. (1991). 3-D nonlinear seismic behavior of cable-stayed bridges. Journal of Structural Engineering, 117(11), 3456–3476. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1991)117:11(3456)
[18] Zienkiewicz, O. C. and Taylor, R. L. (2000). The finite element method. 5th ed. New York: McGraw-Hill.

  • تاریخ دریافت 18 شهریور 1404
  • تاریخ بازنگری 11 آبان 1404
  • تاریخ پذیرش 15 آذر 1404