شبيه سازي سه بعدي پل هاي قوسي بتني غير مسلح راه آهن جهت تخمين فركانس هاي اصلي آنها براساس مشخصات هندسي و مكانيكي مختلف

Three dimensional simulation of plain concrete arch bridges for estimating fundamental frequencies using different geometrical and mechanical properties

پل‌هاي قوسي بنايي به تعداد زيادي در شبكه‌ راه‌آهن كشور موجود هستند كه عمر بيشتر آنها بيش از هفتاد سال است. اين پل‌ها نه تنها براي بارهاي زلزله طراحي نشده‌اند، بلكه اخيراً نيز استفاده از قطارهاي سريع‌السير در شبكه راه‌آهن به مسئله مهمي تبديل گشته است. براي اين منظور محاسبه فركانس‌هاي اصلي اين سازه‌ها جهت تفسير رفتار آنها در برابر زلزله‌ها و قطارهاي سريع‌السير يك امر ضروري به‌نظر مي‌رسد. براي ارزيابي رفتار اين پل‌ها به‌علت رفتار پيچيده آنها، نياز به آزمايش‌هاي ميداني است. باتوجه به تعدد اين پل‌ها در شبكه راه‌آهن امكان انجام آزمايش‌هاي ميداني بر روي همه آنها وجود ندارد، از اينرو جهت مطالعه رفتار اين پل‌ها نياز به شبيه‌سازي دقيق آنها مي‌باشد. براي اينكه بتوان رفتار اين پل‌ها را بهم مربوط كرد پارامترهاي زيادي از جمله: تعداد دهانه، طول دهانه، مشخصات هندسي قوس و مشخصات مكانيكي مصالح وجود دارد. در مطالعه حاضر با استفاده از نتايج ميداني انجام گرفته شده بر روي پل‌هاي قوسي، از جهت تحليل سه بعدي 64 مدل عددي به‌هنگام شده كه داراي مشخصات هندسي و فيزيكي متفاوتي هستند، استفاده شده است. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد كه تغييرشكل مودي اصلي اين سازه‌ها در جهت طولي و عرضي آنها است. همچنين نتايج حاكي از آن است كه فركانس اين پل‌ها كاملاً وابسته به طول دهانه آنها است، كه در آن با افزايش طول دهانه و تعداد دهانه، فركانس‌هاي اصلي اين سازه‌ها كاهش مي‌يايند. در انتها روابطي جهت محاسبه فركانس‌ پل‌هاي قوسي ارائه گرديده و با ساير مراجع مقايسه شده است.

There are many plain concrete arch bridges in Iran for more than seventy years. These bridges not only have not been designed for earthquake loading, but also high-speed trains would be used in railways of Iran. Therefore, calculation of fundamental frequencies of the bridges against earthquake and high-speed train vibrations is necessary for considering resonance effects. To evaluate complex behavior of these bridges, results of field tests are useful. Since it is not possible to perform field tests for all arch bridges, these structures should be simulated correctly by computers for structural assessment. Several parameters are employed to describe the bridges, such as number of spans, length of spans, geometrical and material properties. In this study, results of field tests are used and adapted for 64 three dimensional finite element models with various physical parameters. Computer simulations show modal deformations of bridges at longitudinal and transverse directions. Also, these results demonstrate that fundamental frequencies of bridges decrease after increasing span length and number of spans. Plus, some relations are proposed for calculation of fundamental frequencies of plain concrete arch bridge.