شکل(۲-۱۷) اجزای تشکیل دهنده یک سیستم اصطکاکی EQS ]17[
شکل(۲-۱۸) سیستم جداگر لغزشی FIP ]17[
۲-۸-۳- سیستم جداکننده ترکیبی الاستومر و لغزنده ها
برای تأمین نیروی بازگرداننده در تکیه گاه های جداکننده لغزشی می توان آن ها را در ترکیب با الاستومر و یا تکیه گاه های الاستومریک بکار برد. ترکیب لغزنده ها و تکیه گاه های الاستومریک توسط آقای کلی به منظور بهره بردن از مزیت های هر دو نوع جداکننده فوق پیشنهاد شد. لغزنده ها پریود سیستم را بالا برده و تکیه گاه لاستیکی با ایجاد نیروهای بازگرداننده، تغییر مکان را کنترل می کنند. این تکیه گاه ها پیچش را نیز کنترل نموده و اگر تغییر مکان از تراز طراحی تجاوز کند، رفتار سخت شونده نشان می دهند. برای ترکیب سیستم های لغزشی و الاستومریک می توان از هر دو نوع تکیه گاه فوق در یک سازه استفاده نمود (یعنی بعضی از تکیه گاه های سازه از نوع الاستومریک مانند لاستیک مسلح طبیعی با میرایی کم و یا زیاد با بعضی از تکیه گاه های سازه از نوع لغزشی مانند المان های تفلون، فولاد ضد زنگ و یا صفحات آلیاژ سرب – برنز واقع بر سطح فولاد ضد زنگ باشد) و یا اینکه هم سطوح لغزشی اصطکاکی و هم الاستومریک را در یک تکیه گاه بکاربرد. چند نوع از سیستم های تکیه گاه جدا کننده ترکیبی عبارتند از ]۱[ :

۱- سیستم TASS
۲- سیستم جد اکننده فنری- اصطکاکی^[۱۸] که جزئیات آن در شکل (۲-۱۹) نشان داده شده است.
۳- سیستمEDF^[19]
در شکل (۲-۲۰) شماتیک یک پل جداسازی شده نشان داده شده است و محل قرارگیری جداساز نیز که زیر عرشه و روی تیر ستون می باشد، در آن قابل مشاهده است.
شکل(۲-۱۹) سیستم جد اکننده فنری – اصطکاکی ]۱[
شکل(۲-۲۰) شماتیک یک پل جداسازی شده با عرشه پیوسته ]۱[
۲-۹- مطالعات تحلیلی صورت گرفته جداسازی لرزه ای پل ها
۲-۹-۱- مقدمه
در این بخش، کارهای انجام شده در زمینه جداسازی لرزه ای در پل ها به تفکیک مطالعات تحلیلی و به ترتیب زمانی، ارائه می شود. شایان ذکر است که هنوز در ایران از جداگرهای لرزه ای به طور گسترده استفاده نشده است و اکثر موارد موجود در پل ها نئوپرن های انبساط حرارتی هستند و لذا در این تحقیق بیشتر مطالعات تحلیلی وآزمایشگاهی سیستم جداسازی لرزه ای در کشورهای خارجی مورد توجه قرار گرفته است.
۲-۹-۲- مطالعات تحلیلی و پارامتریک
دراین قسمت،کارهای تحلیلی و عددی کاربرد جداسازی لرزه ای مرور می شود. قبارا^[۲۰] (۱۹۸۸) پاسخ لرزه ای پل های بزرگراهی یک و دو دهانه با بالشتک های لاستیکی- سربی که به صورت فنر دو خطی مدل شده اند، بررسی کرده است. تأثیر پارامترهای مهم مثل سختی عایق لرزه ای، سختی پایه و خروج از مرکزیت پایه بر کارآیی عایق لرزه ای مورد بررسی قرار گرفته است ]۲۱[.
قبارا و علی (۱۹۸۸) پاسخ یک پل سه دهانه عایق بندی شده با بالشتک های لاستیکی- سربی در برابر حرکات زلزله بررسی کرده اند . اثر سختی عرشه بر پاسخ های لرزه ای بررسی شده است. نتیجه گیری شده است که پل های بزرگراهی دو یا سه دهانه معمولی برای عایق بندی لرزه ای مناسب می باشند، با این فرض که عرشه پل در جهت افقی رفتار صلب داشته باشد. مقاومت تسلیم هسته سربی به عنوان یک تعادل قابل قبول بین نیروهای کاهش یافته در پایه ها و نیروهای افزایش یافته در کوله ها به میزان % ۴ وزن پل توصیه شده است.
آن ها در ادامه تحقیق، یک روش طراحی ساده با بهره گرفتن از روش طیف پاسخ غیرخطی برای پل های بزرگراهی جداسازی شده ارائه کردند که هدف توازن بهینه بین نیروهای برشی منتقل شده به تکیه گاه ها و جابجائی های قابل تحمل عرشه بوده است. در نهایت جدول های ساده شده ای ارائه شده است که به عنوان یک کمک طراحی برای پل های جدید و مقاوم سازی پل های موجود به کار می رود ]۲۲[.
گوری^[۲۱] و همکاران (۱۹۸۹) یک روش طراحی برای اعمال فناوری جداسازی لرزه ای به پل های معمولی با عرشه بتنی و دهانه های متوسط پیوسته ارائه کرده اند . روشی برای ساخت طیف پاسخ غیرخطی برای سیستم های کاملا پلاستیک ارائه شده است که در آن یک رابطه مستقیم مقاومت– جابجائی، بدون وابستگی به زمان تناوب الاستیک بدست آمده است ]۲۳[.
تورکینگتون^[۲۲] و همکاران (۱۹۸۹) پاسخ پل های دو و چهار دهانه در برابر زلزله های حقیقی را با بهره گرفتن از سه مدل بررسی کرده اند . اولین مدل نمایانگر یک روسازه پل متکی بر بالشتک های واقع بر پی صلب می باشد و شامل یک جرم متصل به فنر دو خطی که از طرف دیگر کاملا صلب نگه داشته شده است، می باشد. خصوصیات برشی بالشتک با یک فنر دو خطی مدل می شود. مدل دوم ترکیبی از بالشتک های الاستومریک و سربی– لاستیکی بوده و ارتفاع پایه های پل متفاوت می باشد. پایه ها با المان های تیر الاستیک مدل می شود. از ترکیب مدل پایه و بالشتک، مدل سوم بدست می آید. نشان داده شده است که بالشتک سربی– لاستیکی در ترکیب با بالشتک های الاستومریک می توانند نیروهای زلزله را بین کوله ها و پایه ها توزیع کنند. همچنین مشخص شده است که وجود سرب، پریود طبیعی سازه را جابجا می کند و میزان میرایی را با وجود کاهش جابجائی ها، افزایش می دهد.
آن ها در ادامه پل های عایق بندی شده در برابر زلزله با بالشتک های لاستیکی– سربی را مطالعه پارامتریک نموده و نتیجه گیری نموده اند که این عایق ها در ترکیب با بالشتک های الاستومریک یک ابزار مؤثر برای توزیع نیروهای پاسخ زلزله بین پایه ها و کوله ها می باشد. رکوردهای زلزله ارتعاشی عموما منجر به میرایی های اضافی بزرگتر می شوند درصورتی که زلزله های ضربه ای میرایی اضافی کمتری ایجاد می کنند و نیز زلزله های با بزرگای بیشتر باعث جابجائی بیشتر دوره تناوب می شوند ]۲۴[.
لی^[۲۳] (۱۹۸۹) پاسخ یک پل سه دهانه با سیستم جداگر لرزه ای که شامل بالشتک های لاستیکی و مستهلک کننده های هیسترتیک در جهت طولی بود، بررسی نمود. معادلات غیرخطی حرکت برای مود اول ارتعاش استخراج شده است و پاسخ شتاب زمین با اغتشاش سفید فیلتر شده با بهره گرفتن از تکنیک معادل سازی خطی تعیین شده است. روشی نیز برای طرح بهینه سیستم جداگر لرزه ای با میراگرهای هیسترتیک ارائه شده است. نتیجه گیری شده است که اگر میراگر هیسترتیک بر روی یک سازه نگهدارنده سخت قرار گیرد بیشترین تأثیر را خواهد داشت ولی بازده آن با افزایش انعطاف پذیری سازه نگهدارنده کاهش می یابد. همچنین نتیجه گیری شده است که هرچه میزان ماکزیمم جابجائی مجاز مورد استفاده بزرگتر باشد سیستم جداگر مؤثرتر خواهد بود ]۲۵[.
موخا^[۲۴] و همکاران (۱۹۹۰) یک مدل ریاضی از رفتار اصطکاکی بالشتک های لغزشی تفلونی برای جداسازی لرزه ای پل ها به دست آورده اند. این مدل قادر است که این موارد را محاسبه کند: اول، حرکت یک سویه و چند سویه در سطح تماس فولاد با تفلون، دوم، وابستگی ضریب اصطکاک لغزشی به سرعت و فشار، سوم، اثرات اصطکاک استاتیکی. پارامترهای مشخص کننده مدل عبارتند از: مقادیر حداکثر و حداقل ضریب اصطکاک لغزشی، نسبت ضریب اصطکاک استاتیکی به ضریب اصطکاک لغزشی در شروع لغزش و پارامتری که تغییرات ضریب اصطکاک لغزشی با سرعت را توصیف کند ]۱۸[.
رینهورن^[۲۵] و همکاران (۱۹۹۸) اثرات تغییرات نسبت مشخصه های جاری شدن عایق و پایه بر پاسخ پل های جداسازی شده را بررسی کرده اند. مشخص شده است که بخاطر درجه نامعینی پائین و غلبه مود ارتعاشی عرشه پل، پله ای جداسازی شده، به خصوصیات حرکت زمین بسیار حساس می باشند. بعد از جاری شدن، با توجه به خصوصیات سختی و پریود سیستم پل – عرشه، ممکن است سختی ثانویه عایق ها
کاملاً حاکم شود. این مطالعه حساسیت پاسخ پل به تغییرات اندک سختی بعد از جاری شدن سیستم جداسازی را مورد بررسی قرار می دهد. از آنجا که عرشه بیشترین جرم پل را به خود اختصاص می دهد، مدل های تحلیلی طراحی، تمایل به حذف جرم پایه ها و مودهای ارتعاش ناشی از آن ها دارند. بهرحال، در پل های با عرشه جداسازی شده، مودهای محلی ستون های بلند جرم دار ممکن است در نیاز جابجائی نسبی سیستم پایه پل عایق اساسا اثر داشته باشد. همچنین اثر صرفنظر کردن از جرم پایه ها در مدل نمودن پل ها مورد مطالعه قرار گرفته است ]۲۶[.
دولس^[۲۶](۱۹۹۸ ) رفتار لرزه ای پل های راه آهن را که مجهز به قطعات جداکننده و مستهلک کننده انرژی است، بررسی کرده است. یک پل نوعی از خطوط ریلی سریع السیر ایتالیا که در دست احداث بوده و دارای رفتار الاستو – پلاستیک می باشد مورد ملاحظه و بررسی قرار گرفته است و پارامترهای تعیین کننده پاسخ این قطعات مثل نیرو و سختی بعد از جاری شدن، تغییر داده شد. مزایای عملی جداسازی لرزه ای در مقایسه با طراحی مرسوم پل های راه آهن بررسی شده و تعدادی ضابطه برای پارامترهای رفتاری در انتخاب طرح بهینه بدست آمده است. وی در مقاله خود عنوان کرده است که اثرات ویژه ای مثل رفتار غیرخطی بالاست، رفتار دینامیکی قطار، وجود قید یک جهته بین چرخ قطار و ریل، بین ریل و عرشه و بین ریل و بالشتک های پل بایستی در نظر گرفته شوند. در این راستا بایستی یک آنالیز سه بعدی کامل صورت گیرد تا پدیده های غیرخطی در سازه و ریل را در نظر آورد، به همین منظور یک برنامه سه بعدی اجزاء محدودی به نام BRIEتوسط وی نگاشته شده است. در این تحقیق تنها یک پل در نظر گرفته شده است که دارای ۵ دهانه ساده هر یک به طول ۶/۳۳ متر و پایه های به ارتفاع ۶/۱۱ متر می باشد. یک سیستم جداگر الاستوپلاستیک در نظر گرفته شده که برای شرایط راه آهن که عبارتند از سختی اولیه زیاد و مقاومت بالا در رابطه با نیروهای ترمز/ شتاب، مناسب می باشد و در نهایت مقایسه ای بین این پل ها و پل های معمولی صورت گرفته است ]۲۷[.
۲-۱۰- تفاوت کاربرد جداسازی لرزه ای در پل ها با ساختمان
مفهوم جداسازی لرزه ای در پل ها به طور اساسی با ساختمان های معمولی فرق می کند. موارد فراوانی در پل ها وجود دارد که با ساختمان ها متفاوت بوده و مفهوم جداسازی لرزه ای را تحت تأثیر قرار می دهد ]۲[ :
– بیشتر وزن در روسازه و در یک صفحه افقی (عرشه پل) متمرکز شده است.
– روسازه برای مقاومت در برابر نیروهای لرزه ای بسیار مقاوم است در حالی که زیرسازه (پایه ها و کوله ها) بسیار آسیب پذیرند.
– مقاومت لرزه ای غالباً در دو جهت افقی عمود بر هم طولی و عرضی متفاوت است.
– پل ها باید بارهای جانبی سرویس و تغییر مکان های ناشی از باد، بار ترافیک، خزش، حرکات انقباضی و حرارتی را تحمل کنند.
هدف جداسازی لرزه ای پل ها متفاوت از ساختمان های معمولی است. در ساختمان های معمولی، جداسازی لرزه ای به منظور کاهش نیروهای اینرسی سازه بالای جداگر می باشد تا نیروهای اعضا را کاهش دهد. در پل ها معمولا جداسازی لرزه ای در زیر روسازه انجام می گیرد و هدف آن محافظت از المان های زیر جداگر می باشد. این کار با کاهش نیروهای اینرسی منتقل شده از روسازه به زیرسازه صورت می گیرد. در شکل (۲-۲۱) نمونه ای از یک پل جداسازی شده نشان داده شده است.
شکل (۲-۲۱) نمونه ای از یک پل جداسازی شده لرزه ای ]۲[
معمولا جداکردن پل ها به خصوص در جهت طولی مشکل است. در سازه های جداسازی شده اگر فاصله کافی برای تغییر مکان سازه وجود نداشته باشد موجب می شود که ضربه ای از محل تکیه گاه به سازه وارد شود. برای ساختمان ها، این ضربه اثرات نامناسبی در بر خواهد داشت. ضربه وارده یک شوک با فرکانس بالا ایجاد می کند که به صورت موج در سازه بالا می رود و لذا موجب این خرابی ها می شود که قرار بود سیستم جداساز از آن جلوگیری کند ]۲۸[.
در پل ها، در صورت کم بودن فاصله مزبور روسازه با کوله پل برخورد می کند که معمولا شتاب زیاد در آن ها ایجاد خرابی می کند و به این دلیل ضربه تأثیر زیادی بر پل نمی گذارد. نیروی ناشی از ضربه را می توان با قرار دادن ماده شکننده و ترد در محل برخورد کاهش داد. شکل (۲-۲۲) نمونه ای از آن را نشان می دهد.
شکل (۲-۲۲) جزئیات محل اتصال عرشه پل به کوله آن ]۲[
ویرایش ۱۹۹۱ دستورالعمل جداسازی لرزه ای آشتو اجازه داده است که پل های جداشده برای همان ضریب شکل پذیری ® که برای پل های جداسازی نشده استفاده می شود، طراحی شوند که این مسئله برای ساختمان ها متفاوت است.
این دستورالعمل دو روش تحلیل طیفی، تک مودی و چند مودی را پیشنهاد می کند. روش اول شبیه روش خطی است و روش دوم همانند روش معمول تحلیل طیفی است. همچنین تحلیل تاریخچه زمانی نیز برای پل های جداسازی شده لرزه ای اجازه داده شده و در ضمن آزمایش هایی باید بر روی سیستم های جداگر انجام شود. در بازنگری ۱۹۹۹، دستورالعمل آشتو با تغییرات اساسی مواجه شد. تفاوت های اساسی بین دو ویرایش آشتو از این قرار است ]۲۸[ :
– محدودیت در ضریب Rبدین ترتیب که ضریب به نصف مقدار آن برای پل های جداسازی شده ولی نه کمتر از ۵/۱ محدود شد.
– اضافه شدن روش تحلیل بار یکنواخت به روش های تحلیل موجود. این روش، روش بار استاتیکی است که انعطاف پذیری زیرسازه را نیز به حساب می آورد.
– ارائه روش هایی برای تحلیل پل های با میراگرهای ویسکوز
– در نظر گرفتن کرانه بالا و پائین برای طراحی بر اساس جابجایی حداکثر
– نیاز به انجام آزمایش های وسیع تر شامل آزمایش تعیین مشخصات سیستم
۲-۱۱- کاربرد جداگرهای لرزه ای در پل ها در کشورهای مختلف
نمونه هایی از پل های جداسازی شده و جزئیات کاربرد جداگرها در شکل (۲-۲۳) به جهت تکمیل موارد مذکور و تائید مجدد استقبال کشورهای مختلف از این روش برای طراحی و بهسازی لرزه ای پل ها ارائه شده اند. استفاده از جداگرهای الاستومری با توجه به امکانات و توانائی های شرکت های داخلی توصیه می شود ]۱[.
شکل (۲-۲۳) نمونه هایی از جداگرهای لرزه ای استفاده شده در پل ها ]۱[
فصل سوم
مدل سازی، بارگذاری و روش تحلیل
۳-۱- مقدمه
در جداسازی لرز ه ای کل یا بخشی از سازه برای کاهش پاسخ لرزه ای آن بخش در زمان زلزله از زمین یا قسمت های دیگر سازه جدا می شود. این کار با بهره گرفتن از جداساز هایی که بر اساس مشخصات دینامیکی سازه، اهداف عملکردی مورد نظر طراح و شرایط خطر لرزه ای ساختگاه، طراحی و ساخته شده اند صورت می گیرد. وظیفه اصلی این جداساز ها ایجاد فاصله بین دوره ی تناوب طبیعی سازه و محدوده ی دوره ی تناوب حاکم در ارتعاش زمین لرزه احتمالی در محل سازه ی مورد نظر است. علاوه بر این، انرژی ارتعاشی ناشی از زلزله نیز با کمک سازوکارهای مختلفی جذب شده و از انتقال آن به سازه جلوگیری می گردد.
جداساز سامانه ای است که سازه روی خود را از بخش زیرین خود جدا می کند. برای اینکه در زمان بروز زلزله هیچ نیرویی به سازه منتقل نشود، لازم است این سامانه، سازه را به حالت شناور درآورد. این امر با توجه به نیاز به کنترل تغییر مکان های نسبی جانبی در زمان تحریک زلزله از نظر اجرایی درست و امکان پذیر نیست.