ارزيابي شاخصهاي عملكردي پل بزرگراهي جداسازي شده با جداساز اصطكاكي- لاستيكي تحت رويدادهاي لرزه‌اي نزديك گسل

Evaluation of Seismic Performance Indices of Rubber-Friction Bearings in an Isolated Highway Bridge under Near Fault Ground Motion

يكي از راههاي مناسب براي كاهش تقاضاي لرزه‌اي سازه‌ها افزايش زمان تناوب و ميرايي است. اين مهم توسط جداسازها امكانپذير خواهد بود. با توجه به اين موضوع، عملكرد مناسب سازه‌هاي جداسازي شده در مناطق نزديك گسل به عملكرد مناسب جداسازها تحت مولفه قايم زلزله وابسته است. با توجه به خطر لرزه‌اي زياد در كشور و وجود گسلهاي فراوان در نزديكي بسياري از شهرهاي بزرگ، احتمال وقوع زلزله‌هاي حوزه نزديك با مولفه قايم قابل‌ توجه در اين شهرها زياد است. از سوي ديگر، اغلب آيين‌نامه‌ها با ناديده گرفتن مولفه قايم و يا جايگزين كردن آثار ديناميكي اين مولفه با بارهاي استاتيكي معادل به آن پرداخته‌اند. با اين ‌حال، زلزله‌هاي گذشته، كه در مناطق نزديك گسل رخ‌داده‌اند، اهميت در نظرگيري اين مولفه را بر پاسخ پلها نشان مي‌دهند. در اين پژوهش، براي تعيين آثار فزاينده مولفه قايم زلزله بر پلهاي بزرگراهي جداسازي شده، با طراحي جداساز تركيبي اصطكاكي- لاستيكي (سري) براي يك پل بزرگراهي اثر مولفه قايم حركت قوي زمين بررسي ‌شده است. به اين منظور، مطالعات عددي بر روي مدل پل جداسازي شده در حالتهاي تنها تحت مولفه‌هاي افقي بدون مولفه قايم و تحت سه مولفه زلزله پرداخته‌شده است. در اين راستا، مدل اجزاي محدود سازه ياد شده در نرم‌افزار OpenSees ايجاد و تحليل‌هاي ديناميكي سازه تحت شتابنگاشتهاي ثبت‌شده در 14 رويداد لرزه‌اي در نزديك گسل صورت گرفته است. همچنين ضريب اصطكاك جداساز به ‌صورت متغير با سرعت و نيروي قايم مدلسازي شده است. مقادير لنگر وسط دهانه، نيروي محوري ستونها، نيرو و جابه‌جايي جداسازها و جابه-جايي قايم وسط دهانه ثبت شده است. نتايج نشان داد نيروي برشي و جابه-جايي نسبي جداساز مورد نظر در برخي از رويدادهاي لرزه‌اي افزايش‌ مي‌يابد. همچنين در مقادير لنگر وسط دهانه، نيروي محوري ستونها و جابه-جايي قايم وسط دهانه در نظر گرفتن مولفه قايم در تمامي موارد باعث افزايش اين پاسخها شده است. در بخش ديگر، ارتباط ميزان اثرگذاري مقادير لنگر وسط دهانه، نيروي محوري ستونها و جابه‌جايي قايم وسط دهانه با مقدار شتاب طيفي در مد قايم بيان ‌شده است. نتايج نشان‌دهنده رابطه مستقيم بين اين شدت لرزه‌اي و شاخصهاي در دست بررسي است.

The past near fault seismic events demonstrate the important effect of vertical components on response of the highway bridges. Due to the high seismicity of the country and number of active faults near the major cities, the probability of occurrence of near-fault earthquakes with significant vertical component in such area is high. Most of the design codes and regulations neglect the vertical component of the event in base isolated structures or over-simplify it. In this research, to determine the effects of the vertical component of earthquakes on such a structure, a bridge model is analysed and designed using rubber-sliding bearings in series known as EDF isolators. The model was analysed once using two horizontal components and again using two horizontal and vertical components. The modelling and analysis was performed in Open Sees Software. Effects of variation of sliding velocity and input vertical component were included in coefficient of friction in sliding part of the model. Nonlinear dynamic time history analysis was carried out using near-fault records of 14 seismic events. The deck mid-span moment and deformation, axial force of the piers, and shear force and deformation of isolators have been calculated. It is shown that shear force, deformation and axial force of isolators increase when the vertical component of the ground motion is included. The results also show that the mentioned responses are acceptably approximated by linear regression with spectral value of the excitation at the frequency corresponding to the mode effective on vertical response of the structure.