بار زنده و پاسخ طولانی مدت پل های فولادی با شیب زیاد

هدف از این مقاله نشان دادن تأثیر چولگی زیاد بر توزیع بار و جابجایی‌های روبنا در صفحه (افقی) پل‌های تیر فولادی است. اگر روبنای آن برای رفع نیازهای هندسی بر زیر بنای آن عمود نباشد، پل دارای کجی است. زاویه انحراف بالا به دو صورت پاسخ پل را تحت تأثیر قرار می دهد: 1) مسیرهای بار گرانشی را اصلاح می کند و 2) جابجایی های روبنا در صفحه را تحت بارگذاری طولانی مدت تقویت می کند. مشکلات مربوط به انحراف معمولاً برای انحراف های بیش از 30 درجه مشاهده می شود که در این مقاله از آن به عنوان “کیول بالا” یاد می شود.

ابتدا، روبنای لوزی شکل، مسیرهای بار گرانشی را اصلاح می‌کند، و به تنظیماتی برای تحلیل‌های ساده‌شده برای در نظر گرفتن اثرات کج‌رویی نیاز دارد. مطالعاتی در مورد اثرات کج روی برش [1]، [2]، [3]، [4]، [5]، [6] و گشتاور [2]، [5]، [7]، [8]، [9] ، [10]، [11] توزیع بین تیرها نشان داد که نیروهای برشی در انتهای تیرهای با تکیه گاه ساده [3] و [4] پیوسته [4] به طور قابل توجهی در گوشه های منفرد افزایش می یابد و در گوشه های حاد کاهش می یابد، که در امتداد خطوط تکیه گاه تغییر می کند [6]. گشتاورهای تیر در امتداد دهانه با افزایش زوایای انحرافی کاهش می‌یابد [9]، [10]، [11].

پیش‌بینی‌های ضریب توزیع از تحلیل المان محدود الاستیک خطی (FEA) [1]، [2]، [7]، [9] یا نتایج آزمایش بار [8] نشان داد که طراحی پل طراحی ضریب بار و مقاومت، انجمن مقامات بزرگراه‌ها و حمل‌ونقل آمریکا مشخصات (AASHTO LRFD BDS) گشتاور [7]، [9] و عوامل توزیع برشی [1] ممکن است در پل‌های اریب بیش از حد محافظه‌کار باشند، اما در شرایط خاص برای ممان [8] غیر محافظه‌کار باشند. اکثر مطالعات فوق در مورد توزیع بار متکی به روشهای تحلیلی بودند. برای تایید مشاهدات تحلیلی به داده های آزمایشی اضافی نیاز است. این مقاله داده‌های آزمایش میدانی را در مورد توزیع بار ارائه می‌کند، از روش‌های تحلیلی برای به دست آوردن توزیع بار زنده بر روی پل‌ها با ویژگی‌های متفاوت استفاده می‌کند و دقت فاکتورهای توزیع بار زنده AASHTO LRFD BDS (LLDF) را برای این پارامترها ارزیابی می‌کند.

ثانیاً، چولگی به طور قابل توجهی بر جابجایی ها و تنش های روبنای درون صفحه تحت بارگذاری طولانی مدت تأثیر می گذارد و به طور بالقوه منجر به مشکلات عملکرد می شود [21]. یک نظرسنجی که در میان مهندسان تعمیر و نگهداری پل منطقه ای وزارت حمل و نقل ایالت نیویورک (DOT) انجام شد، نشان داد که 96٪ (22 از 23) از شرکت کنندگان پل های اریب را برای داشتن نیازهای تعمیر و نگهداری بالاتر مشاهده کردند. یکی از این مشکلات سرویس، قفسه بندی پل است، به عنوان مثال، حرکت عرضی به محور پل، چرخش در صفحه یا اعوجاج روبنا در طول زمان. قفسه پل معمولاً با ناهماهنگی روبنا و دال های نزدیک یا با تغییر شکل های بزرگ در یاتاقان های تیرها همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است قابل مشاهده است. ناهماهنگی تیرها و یاتاقان ها می تواند بر یاتاقان ها فشار بیش از حد ایجاد کند و باعث جدا شدن تیرها در زمان جابجایی های زیاد شود.

جابجایی‌های طولی عرشه (موازی با ترافیک) و عرضی (عمود بر ترافیک) [13]، جابجایی‌های یاتاقان [14] و نیروها در یاتاقان‌ها [13]، [14] با افزایش زوایای انحراف پل‌ها در پیکربندی‌های بلبرینگ معمولی افزایش می‌یابند. وسیله FEA این جابجایی ها و نیروها را می توان با ترتیبات تثبیت یاتاقان بر روی پایه ها [15] همانطور که از طریق نظارت طولانی مدت پل نشان داده شده است، کنترل کرد.

یک رویکرد تحلیلی، بر اساس روش سختی ماتریس، برای تعیین حرکات حرارتی در پل‌های اریب و منحنی پیشنهاد شد [16]، [17]. با این حال، فقط پیش‌بینی‌های حرکت طولی به خوبی با اندازه‌گیری‌های میدانی مقایسه شد. پایش پل نشان داد که حرکات طولی در پل های اریب و غیر اریب مشابه است. این نتیجه مورد انتظار است زیرا حرکات عرضی در پل های اریب در مقایسه با طول تیرها کوچک است که به نوبه خود باعث ایجاد زوایای چرخش روبنای کوچک می شود. بنابراین، تغییر شکل حرارتی طولی موثر (یعنی در طول با استفاده از زاویه چرخش پیش بینی شده) یک پل اریب تقریباً معادل آن در همتای غیر اریب است.

در میان مطالعات ذکر شده در مورد حرکات مربوط به چولگی تحت بارگذاری طولانی مدت، تنها چند پل با یاتاقان های نیمه انبساط یا انبساط مورد بررسی قرار گرفتند. هیچ یک از آنها چرخش های درون صفحه ای روسازه های پل اریب و رابطه آنها با بارهای حرارتی را مطالعه نکردند. علاوه بر این، هیچ یک اثرات ویژگی های پل (جزئیات طراحی و هندسه) را بر پاسخ جابجایی مطالعه نکردند. این تحقیق این شکاف ها را پر می کند.

توزیع بار زنده و جابجایی‌های افقی روبنای پل‌های فولادی با شیب بالا کانون این مقاله است. مشکلات سرویس ممکن است شامل ترک خوردگی عرشه در الگوهای مشخصه انحراف [18]، [19]، [20]، [21] و فشار بیش از حد یاتاقان ها باشد که جابجایی های افقی را مهار می کند. بررسی این موارد از حوصله این مقاله خارج است اما می توان آن را در جای دیگری یافت [18]، [19]، [20]، [21].

این مقاله بررسی تاثیر کج روی پل‌های فولادی را از طریق آزمایش میدانی یک پل و FEA معتبر ارائه می‌کند. از آزمایش میدانی و نتایج FEA برای ارزیابی سطح محافظه کاری در LLDFهای AASHTO LRFD BDS استفاده شد [22]. اثرات چوله بر توزیع بار زنده و رابطه چولگی با جابجایی‌های روبنای درون صفحه برای ویژگی‌های مختلف پل مورد بررسی قرار گرفت. یک پیکربندی جدید یاتاقان (به نام پیکربندی بلبرینگ مخلوط) که پتانسیل محدود کردن قفسه بندی را دارد، معرفی شده است.