ارزیابی لرزه ای پل های بتنی چند دهانه با پایه های ساخته شده از بتن فوق توانمند با استفاده از منحنی شکنندگی

مهندسی عمران فردوسی

مقاله 3، دوره 37، شماره 1 - شماره پیاپی 45، اردیبهشت 1403، صفحه 45-70   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jfcei.2024.84877.1261

نویسندگان

حامد قدیمی مقدم¹؛ فرشته امامی^{* 2}؛ محمد رضا منصوری¹

¹گروه مهندسی عمران ، واحد علوم و تحقیقات ، دانشگاه آزاد اسلامی ،تهران،ایرا ن

²گروه مهندسی عمران، دانشکده عمران، معماری و هنر، واحد علوم تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران ، ایران

چکیده

پل‌ها نقش حیاتی در اتصال مسیرهای حمل‌ونقل، مدیریت ترافیک، و دسترسی به مکان‌های استراتژیک نظامی، سیاسی و اجتماعی ایفا می‌کنند که اهمیت آنها به‌ویژه در زمان بحران آشکار می‌شود. زمین‌لرزه‌ها جزء حوادث غیرقابل‌پیش‌بینی هستند که عملکرد شریان‌های حیاتی حمل‌ونقل را مختل می‌کنند و منجر به تخریب این سازه‌های مهم می‌شوند. استفاده از فناوری‌های نوآورانه، مانند بتن فوق توانمند، به‌عنوان یک راه امیدوارکننده برای افزایش انعطاف‌پذیری سازه و کاهش آسیب مطرح می‌شود. این بتن به‌واسطه طرح اختلاطی که دارد دارای ساختاری یکپارچه و همگن، نفوذپذیری پایین و دوام بالا است که می‌تواند موجب افزایش ظرفیت مقاومت پل در برابر نیروهای لرزه‌ای و محدودکردن انتشار آسیب شود. یکی از مؤثرترین روش‌ها برای ارزیابی آسیب‌پذیری لرزه‌ای پل‌ها، تحلیل شکنندگی است، روشی که با استفاده از شاخص‌های آسیب، سطوح آسیب را تحت اثر پارامترهای لرزه‌ای بیان می‌کند. این مطالعه عملکرد لرزه‌ای پل‌های شهری با سیستم تیر - دال بتنی با پایه‌هایی ساخته شده از بتن فوق توانمند با ارتفاع ۵ و ۸ متر را ارزیابی می کند؛که تجزیه‌وتحلیل آن با استفاده از نرم‌افزار CSI Bridge انجام شده و شتاب‌نگاشت‌های مناسبی از حوزه دور و نزدیک جهت تحلیل دینامیکی افزاینده (IDA) و محاسبه سطوح خسارت انتخاب گردید؛ نتایج بیان می‌کند احتمال فراگذشت آسیب در پایه‌های ساخته شده با بتن فوق توانمند نسبت به پایه‌های ساخته شده با بتن معمولی کمتر است. با بررسی سطوح شدت در میانه خسارت مشاهده می‌گردد که ظرفیت نهایی بتن فوق توانمند در سطح عملکرد فروریزش حداقل ۷ درصد و حداکثر ۲۶ درصد بهبود عملکرد نسبت به بتن معمولی داشته است.

کلیدواژه‌ها

پل؛ بتن فوق توانمند؛ تحلیل دینامیکی افزاینده؛ منحنی شکنندگی؛ شاخص‌های آسیب

مراجع

 [1] A. Caner, A.M Yanmaz, A. Yakut, O. Avsar, T. Yilmaz, “Service Life Assessment of Existing Highway Bridges with No Planned Regular Inspections,” Journal of Performance of Constructed Facilities, vol. 22 ,pp. 108–114, (2008). doi.org/10.1061/(ASCE)0887-3828(2008)22:2(108)

[2] C. Huang, J. Song, N. Zhang, G. C. Lee, M. Asce, “Seismic Performance of Precast Prestressed Concrete Bridge Girders Using Field-Cast Ultrahigh-Performance Concrete Connections,” Journal of Bridge Engineering, vol. 24, no. 6, (2019). doi.org/10.1061/(ASCE)BE.1943

[3]M. Zhou, W. Lu, J. Song, G. C. Lee, “Application of Ultra-High Performance Concrete in bridge engineering,” Construction and Building Materials, vol. 186, pp. 1256–1267, (2018). doi:10.1016/j.conbuildmat.2018.08.036

[4] M. A. Bajaber, I. Y. Hakeem, “UHPC evolution, development, and utilization in construction: a review,” Journal of Materials Research and Technology, vol. 10, pp. 1058–1074, (2021). doi:10.1016/j.jmrt.2020.12.051

[5] A. K. Akhnoukh, C. Buckhalter, “Ultra-high-performance concrete : Constituents, mechanical properties, applications, and current challenges,” Case Studies in Construction Materials, vol. 15, (2021).

doi.org/10.1016/j.cscm.2021.e00559

[6] M. Tazarv, M. S. Saiid, “UHPC-filled duct connections for accelerated bridge construction of RC columns in high seismic zones,” Engineering Structures, vol. 99, pp. 413–422, (2015). doi:10.1016/j.engstruct.2015.05.018

[7] Z. Haber, B.J. F. Munoz, I. De la Varga, B. A. Graybeal,“Bond characterization of UHPC overlays for concrete bridge decks: Laboratory and field testing,” Construction and Building Materials, vol. 190, pp. 1056–1068, (2018). doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.09.167

[8] Y. Zhang, Y. Zhu, M. Yeseta, D. Meng, X. Shao, Q. Dang, G. Chen, “Flexural behaviors and capacity prediction on damaged reinforcement concrete (RC) bridge deck strengthened by ultra-high performance concrete (UHPC) layer,” Construction and Building Materials, vol. 215, pp. 347–359, (2019). doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.04.229

[9] M. Ye, M., Z. Guo, C. Chen, Y. Chen, “Shaking table test study on seismic performance of UHPC rectangular hollow bridge pier,” Composite Structures, vol. 275, pp. 114435, (2021). doi:10.1016/j.compstruct.2021.114435

[10] X. Zhang, Y. Lu, X. Wu, P. Wang, R. Li, Y. Liu, C. Shen, H. Zhang, D. Zhang, “Constitutive model for ultra-high performance concrete (UHPC) considering the size effect under cyclic compressive loading,” Construction and Building Materials, vol. 368, p. 130499, (2023). doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.130499

[11]S. S. Zhang, J. J. Wang, G. Lin, T. Yu, T., D. Fernando, “Stress-strain models for ultra-high performance concrete (UHPC) and ultra-high performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) under triaxial compression,” Construction and Building Materials vol. 370, p. 130658, (2023). doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.130658 

[12] M. Gholhaki, A. Soleymani, O. Rezay far, “Determining Coefficient Behavior of Reinforced Moment Frame Having the Steel Plate Shear Wall using incremental Non-linear Dynamic Analysis,” Journal of Ferdowsi Civil Engineering, vol. 32, no. 4, pp. 13-30, (2019). doi:10.22067/civil.v32i4. 62958. (In Persian).

[13] T. Abbasi, B. Navayi Neya , L. Kalani sarokolayi, “Effect of Far and Near Fault Erathquake on Non-niform Excitation of Concrete Gravity Dams,” Journal of Ferdowsi Civil Engineering, vol. 32, no. 2, pp. 61-82, (2019). doi:10.22067/civil.v32i2.66860. (In Persian).

[14] L Kalani sarokolayi, L. Khanmohammadi, B. Navayi, “Concrete Cubic Ground Tanks with Base Seperator Under the Transitional and Rotational Components of Earthquake. ” Journal of Ferdowsi Civil Engineering, vol. 36, no. 4, pp. 35-54, (2023).doi10.22067/JFCEI.2023.80361.1206  (In Persian)

 [15] P. Esmaeiltabar, H. Khosravi, J. Vaseghi, “A Simplified Model for Dual Wall-Frame System,” Journal of Ferdowsi Civil Engineering, vol. 35, no. 1, pp. 31-44, (2022). doi:10.22067/Jfcei.2022.74215.1102. (In Persian)

[16] M. Shinozuka, M. Q.Feng, H. K. Kim, S. H. Kim, “Nonlinear Static Procedure for Fragility Curve Development,” Journal of Engineering Mechanics, vol. 126, no. 12, (2000).

doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(2000)126:12(1287)

[17] R. V. Whitman, E. H. Vanmarcke, F. Asce,          M. Asce, R. L. de Neufville, J. E. Brennan,.I, C. A. Cornell, J. M. Biggs, A. Asce, “Seismic design decision analysis,” Journal of the Structural Division, vol. 101no. 5, pp. 1067-1084, (1975). doi.org/10.1061/JSDEAG.0004049

[18] M. Shinozuka, “Development of bridge fragility curves. Proceedings of the US-Italian Workshop on Seismic Evaluation and Retrofit, Multidisciplinary Center on Earthquake Engineering Research, pp. 93-99, (1998).

[19] M. Abbasi, B. Zakeri, G. G. Amiri, “Probabilistic Seismic Assessment of Multiframe Concrete Box-Girder Bridges with Unequal-Height Piers,” Journal of Performance of Constructed Facilities, p. 04015016, (2015). doi:10.1061/(asce)cf.1943-5509.0000753

[20] A. Aviram, K. R, Mackie, C. Florida, “Guidelines for Nonlinear Analysis of Bridge Structures in California,” Pacific Earthquake Engineering Research Center, (2008).

https://peer.berkeley.edu/sites/default/files/web_peer803_ady_aviram_kevin_r._mackie_bozidar_stojadinovic.pdf

[21] J. B Mander, M. J. N. Priestley, R. Park, “Theorical Strss-Strain Model for Confined Concrete,” Journal of Structural Engineering, vol. 114, no. 8, pp. 1804–1826, (1988). doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1988)114:8(1804)

[22] Kaviani.Peyman, Zareian. Farzin, Taciroglu. Ertugrul, “Performance-Based Seismic Assessment of Skewed Bridges,” Technical Report, PEER, (2014) . dx.doi.org/10.13140/2.1.1586.0007

 [23] X. Liang, K. M. Mosalam, “Performance-Based Robust Nonlinear Seismic Analysis with Application to Reinforced Concrete Highway Bridge Systems,” Pacific Earthquake Engineering Research Center, (2016). dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.20197.09440

[24] ASCE/SEI. “Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings”, American Society of Civil Engineers, no. 41-17, (2017)

[25] Islamic Republic of Iran Management and Plannig Organization .Standard Loads for Bridges. no 139. (In Persian)

[26] Islamic Republic of Iran Management and Plannig Organization Road and Railway Bridges Seismic Resistant Design code, No 463 (In Persian)

[27] The Islamic Republic of Iran Vice Presidency for Strategic Planning and Supervision .The Code of Practice for the analysis and Design of Concrete Bridges.No 389 (In Persian)

[28] “AASHTO LRFD Bridge Design Specifications,” American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C.: American Association of State Highway and Transportation Officials, (2008)

[29] Roudgari, S. Aziminezhad, A. Seyed Razaghi, M. Emami,f. (2019). “Seismic Fragility Curves of Multi-Span Highway Bridges Considering Multiple Damage Parameters”. International Institute of Earthquake Engineering and Seismology (IIEES) (In Persian)

 [30] J. Pereiro-Barceló, J. L. Bonet; B. Martínez-Jaén, B. Cabañero-Escudero, “Design Recommendations for Columns Made of Ultra-High-Performance Concrete and NiTi SMA Bars,” Buildings, vol. 13, p. 991, (2023). doi.org/10.3390/buildings13040991

[31] N. Naeimi, M. A. Moustafa, “Analytical Stress–Strain model for steel spirals-confined UHPC,” Composites Part C: Open Access, vol. 5, p. 100130, (2021). doi.org/10.1016/j.jcomc.2021.100130

[32] Z. B. Haber, A. Foden, M. McDonagh, J. Ocel, K. Zmetra, B. Graybeal, “Design and Construction of UHPC-Based Bridge Preservation and Repair Solutions,” Federal Highway Administration, (Washington, DC: 2022) doi.org/10.21949/1521867.

[33] J. Dai, D. Wang, X-Y.Chen, R. Zhang, Z-G. Sun, “Assessment of an optimal intensity measure for isolated bridges based on the geometric mean of the response spectrum” (2022).

DOI:10.21203/rs.3.rs-2177127/v1

 [34] FEMA, 2009, Quantification of Building Seismic Performance Factors, FEMA  P-695, prepared by Applied Technology Council for the Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C.

[35] R. Akbari, “Seismic fragility analysis of reinforced concrete continuous span bridges with irregular configuration,” Structure and Infrastructure Engineering, vol. 8, no. 9, pp. 873–889, (2012). doi:10.1080/15732471003653017

[36] Azarbonyad, F. Definition, explanation and how to draw fragility curves. 2020. Books (In Persian)

 [37] HAZUS, 1997. “Earthquake loss estimation methodology,”Technical Manual. Washington, DC: National Institute of Building for the Federal Emergency Management Agency.