مطالعه امكان‌سنجي سيستم سازه‌اي مركزگرا براي پايه‌ي متداول پل‌هاي بزرگراهي در كشور

Feasibility Study on Utilizing Self-centering Structural System for Typical Highway Bridges in Iran

اخيراً در كشورهاي پيشرفته انواع سيستم‌هاي سازه‌اي مركزگرا با استفاده از پايه‌هاي پيش‌ ساخته و روش ساخت پرسرعت ABC با هدف كاهش زمان ساخت، افزايش ايمني، كاهش خسارت لرزه‌اي، كاهش هزينه‌هاي تعمير و بازسازي و كاهش زمان بازيابي سيستم به حالت اوليه توسعه داده شده‌اند. عملكرد لرزه‌اي اين نوع سيستم مبتني بر حركت گهواره‌اي برگشت‌پذير پايه پل مي‌باشد. در اين سيستم علاوه بر قطعات پيش ‌ساخته از كابل‌هاي پيش تنيده جهت برگرداندن سيستم به حالت اوليه و تجهيزات مستهلك كننده انرژي براي جذب انرژي لرزه‌اي استفاده مي‌گردد. استفاده از اين سيستم خسارت ناشي از زلزله و جابجايي پسماند را به شدت كاهش مي‌دهد. همچنين به دليل استفاده از قطعات پيش ‌ساخته، سرعت ساخت پل نيز به طور قابل ملاحظه‌اي افزايش مي‌يابد. در اين مقاله عملكرد لرزه‌اي يك نوع سيستم مرگزگرا با سيستم متداول سازه‌اي براي سه پل موجود در كشور با يكديگر مقايسه مي‌شوند. براي اين منظور، ابتدا مدل‌ تحليلي براي شبيه‌سازي رفتار غيرخطي ناشي از حركت گهواره‌اي در سيستم مركزگرا توسعه داده شده و با نتايج آزمايشگاهي صحت سنجي مي‌شود. سپس پايه‌هاي بتني سه پل موجود در كشور به صورت سيستم متداول و سيستم مركزگرا مدل‌سازي و تحليل شده و عملكرد لرزه‌اي اين دو سيستم با يكديگر مقايسه مي‌شوند. نتايج اين مطالعه نشان مي‌دهد كه در سيستم مركزگرا با وجود افزايش بيشينه تغيير مكان نسبت به سيستم متداول، تغيير مكان پسماند به شدت كاهش مي‌يابد. كاهش قابل توجه تغيير مكان پسماند باعث كاهش خسارات لرزه‌اي مي‌شود و امكان بهره ‌برداري از پل را بلافاصله پس از زلزله فراهم مي‌كند.

Recently, in developed countries, a variety of self-centering structural systems have been developed using precast concrete bends and the Accelerated Bridge Construction (ABC) method to reduce construction time, increase safety, reduce seismic damage, reduce repair and reconstruction costs, and increase seismic resiliency. In this system, bridge bents are constructed by precast elements tied together with post-tensioned tendons such that under the effect of lateral seismic forces, they are able to rock and self-center back to their original configuration. The use of this system greatly reduces the residual displacements and the seismic damage. Also, due to the use of prefabricated elements, the construction speed of the bridge is significantly increased. This paper compares the seismic performance of one type of self-centering structural system with the conventional structural system for three typical highway bridges constructed in Iran. An analytical model for simulating nonlinear behavior due to the rocking motion in the self-centering system is first developed and verified by comparing the analytical response with the experimental results. Then, the concrete bends of the three typical bridges in Iran are modeled and analyzed once as a conventional system and once as a self-centering system, and the seismic performance of these two systems is compared with each other. The results of this study indicate that despite the modest increase in maximum lateral drifts, the residual drifts are substantially reduced when the conventional system is replaced by the self-centering system.