نقش حرکت عمودی زمین در پاسخ لرزه ای پل های T-تیر RC

در استانداردهای فعلی طراحی لرزه ای برای پل ها، هیچ دستورالعمل صریحی برای در نظر گرفتن شتاب طیفی مولفه حرکت عمودی زمین (VGM) در یک زلزله وجود ندارد. توسط اداره بزرگراه فدرال (FHWA [1]) پیشنهاد شده است که یک طیف عمودی هدف برای طراحی بر اساس نسبت عمودی به افقی (یا V/H) تولید شود. سایر کدهای طراحی لرزه ای (به عنوان مثال، IS-1893-Part 1 [2]) توصیه می کنند که شتاب طیفی مولفه حرکت افقی زمین (HGM) را به میزان دو سوم کاهش دهید تا طیف طراحی هدف برای VGM به دست آید. این قانون دو سوم از زمانی که توسط نیومارک و همکاران پیشنهاد شد دنبال می‌شود. [3] در غیاب معیار طراحی خاص برای VGM، با این حال، اجزای حرکت زمین ثبت شده از زمین لرزه های مخرب گذشته (به عنوان مثال، 1989 لوما پریتا، 1994 نورتریج، و 2001 Bhuj) استثنا را نشان داد. به طور کلی، طول موج VGM کوتاه تر از HGM است که نشان دهنده محتوای فرکانس بالاتر VGM در محدوده دوره کوتاه تر است. برای چنین زلزله‌هایی، مولفه عمودی باعث بالا آمدن یا نشست پل‌ها می‌شود، در حالی که اجزای افقی نیروهای جانبی را بر آن‌ها تحمیل می‌کنند که منجر به انتقال باقی‌مانده تیرها و خرابی یاتاقان‌ها می‌شود. گزارش شناسایی پس از زلزله سال 2001 بوج نمونه های فراوانی از این شکست را ارائه می دهد [4]. علاوه بر این، تأثیر VGM بر عملکرد لرزه‌ای پل‌ها با بدتر شدن تیرهای پل در طول عمر به دلیل پدیده تخریب خوردگی-خستگی، مضرتر می‌شود. یک عمل ترکیبی از خوردگی محیطی و خستگی ناشی از ترافیک. این پدیده رو به وخامت به احتمال زیاد برای پل های RC در معرض ترافیک شهری سنگین و محیط های خورنده رخ می دهد. بنابراین، در نتیجه تخریب خوردگی-خستگی، پل‌های با دهانه کوتاه تا متوسط ​​با دوره بنیادی پایین ممکن است در هنگام قرار گرفتن در معرض VGM، تقویت بی‌سابقه‌ای را در پاسخ لرزه‌ای خود تجربه کنند.

یک بررسی تجربی اخیر نشان داده است که تخریب همراه با خوردگی-خستگی می‌تواند باعث شود پل‌های تیرچه سریع‌تر از خوردگی یا خستگی به تنهایی تخریب شوند [5]. مانند کابل های ثابت پل مراندی [6]، تیرهای پل به دلیل خوردگی-خستگی با گذشت زمان خراب می شوند، میلگردهای موجود در تیرها سطح مقطع موثر را از دست می دهند و در نتیجه سفتی خمشی عرشه پل کاهش می یابد [7]. چنین تیرهای فرسوده با گذشت زمان ظرفیت مقاومت لحظه ای خود را از دست می دهند و ممکن است به تدریج در حمایت از تقاضای لرزه ای ناشی از تحریکات عمودی در طول عمر طراحی عادی ضعیف تر شوند. تحقیقات قبلی در مورد تخریب خوردگی-خستگی میلگرد فولادی مشاهده کرده است که شدت و میزان آسیب خوردگی و تمرکز تنش ناشی از آن می تواند به طور قابل توجهی رفتار خستگی و عمر میلگردها را تغییر دهد [8]، [9]. [10] و سیم های فولادی آویزان [11]. گودال های خوردگی روی سطح میلگرد، که در اثر خوردگی غیر یکنواخت ایجاد می شوند، به عنوان یک نقص اولیه برای ایجاد ترک های خستگی در میلگردها تحت بارگذاری مکرر عمل می کنند [12]. در حالی که سرعت رشد این ترک ها به میزان تنش خستگی و تعداد تکرار بار بستگی دارد، مورفولوژی و سرعت رشد گودال توسط نرخ خوردگی [13] و ویژگی های مواد میلگرد [14] کنترل می شود. بنابراین، تأثیر ترکیبی خستگی و خوردگی حفره ای میلگردها باعث کاهش عمر خستگی تیرهای RC می شود [15]. علاوه بر این، خوردگی منجر به کاهش استحکام پیوند سطحی بین فولاد و بتن می شود [16]. اگرچه رفتار باند زوال تأثیر ناچیزی بر عمر خستگی میلگردها دارد [17]، می تواند منجر به کاهش سفتی خمشی تیرها شود [18]. ما و همکاران [19] کاهش سفتی خمشی تیرهای RC خورده شده را تا 30 درصد پس از 7 میلیون چرخه بار خستگی تخمین زد. چنین کاهشی در سفتی خمشی بر پاسخ تیرهای [20]، [21] و رفتار دینامیکی پل‌های RC [22] تأثیر می‌گذارد. بنابراین، ایمنی لرزه ای تیرهای پل زمانی که در معرض تخریب خوردگی-خستگی قرار می گیرند، بسیار نگران کننده است.

با توجه به تاثیر VGM بر پاسخ لرزه ای پل ها (تخریب نشده)، تحقیقات قابل توجهی در طول سه دهه گذشته انجام شده است. هدف اصلی این مطالعات درک پاسخ اجزای پل ها تحت اثر ترکیبی VGM و HGM و بررسی منطقی بودن استانداردهای طراحی در در نظر گرفتن VGM برای طراحی لرزه ای پل ها بود. در مطالعات پیشگامی که توسط سعادق وزیری و فوچ [23] و [24] در مورد این موضوع انجام شد، گزارش شد که تغییرات نیروهای محوری ناشی از VGM می‌تواند منجر به کاهش ظرفیت اتلاف انرژی و ظرفیت برشی ستون‌های پل شود. پس از آن، یک بررسی تجربی توسط کیم و همکاران انجام شد. [25] تغییر نیروی محوری و نوسان سختی جانبی پایه های پل را تحت اجزای VGM و HGM نشان داد. برای تیرهای پل، تحقیقات گذشته مشاهده کردند که هم گشتاورهای خمشی منفی و هم مثبت در وسط تیرهای پل می توانند به طور قابل توجهی تحت تأثیر VGM قرار گیرند [26]. از طریق یک مدل شکنندگی سطح جزء، وانگو همکاران[26] گزارش داد که در نظر گرفتن VGM علاوه بر اجزای HGM می تواند احتمال شکست عرشه پل را از صفر به مقدار مثبت غیر صفر افزایش دهد. علاوه بر این، تحقیقات اخیر نشان داده است که نیروی نرمال روی سطح الاستومر می تواند تحت تأثیر حرکات زمین نزدیک به طور قابل توجهی در نوسان باشد و نیروی بازیابی یاتاقان های الاستومری مستقیماً با بزرگی این نیروی نرمال در ارتباط است [27]. رابطه برشی-جابجایی یاتاقان ها نیز تحت تأثیر VGM قرار می گیرد [28]. علاوه بر این، زمان‌بندی بین زمان رسیدن PGAهای اجزای HGM و VGM مشاهده می‌شود که بر پاسخ لرزه‌ای پل‌ها تأثیر می‌گذارد [25]. از این رو، پاسخ لرزه ای تمام اجزای پل آسیب پذیر می توانند در حضور جزء VGM به طور قابل ملاحظه ای تغییر کنند (و تقویت شوند). بر این مبنا،

علی‌رغم این حجم وسیع از ادبیات در مورد پاسخ لرزه‌ای پل‌ها تحت VGM، هیچ تحقیقی تا به امروز برای بررسی نقش مقابله‌ای تخریب خوردگی-خستگی بر عملکرد لرزه‌ای چرخه حیات پل‌های تحت زلزله با اجزای عمودی قابل‌توجه انجام نشده است. یک چارچوب عددی، ارائه شده توسط Devendiran و Banerjee [7]، تاثیر تخریب خوردگی-خستگی را بر آسیب‌پذیری لرزه‌ای و انعطاف‌پذیری پل‌های تیر T-RC در نظر می‌گیرد، اما این روش تأثیر VGMs را در نظر نمی‌گیرد. علاوه بر این، فرمول توسعه یافته تخریب خوردگی-خستگی در فرض خوردگی یکنواخت میلگردها به منظور مدیریت چالش محاسباتی برای پیش‌بینی تأثیر تخریب مواد بر انعطاف‌پذیری لرزه‌ای پل‌ها. در واقع، خوردگی میلگرد ذاتا غیر یکنواخت است و بنابراین، فرمولاسیون خوردگی حفره ای برای شبیه سازی دقیق تر تخریب تدریجی پل ضروری است. علاوه بر این، حجم ترافیک در حال تغییر زمان در یک منطقه یک عامل مهم برای در نظر گرفتن است که به طور کلی در مطالعات مربوط به ارزیابی رفتار لرزه‌ای چرخه عمر پل‌های قدیمی نادیده گرفته شده است.

هدف مطالعه حاضر ایجاد دانش عمیق در مورد تأثیر VGM بر پاسخ لرزه‌ای چرخه حیات پل‌های تحت تخریب خوردگی-خستگی است. یک پل بزرگراه معمولی RC در گجرات هند برای این منظور در نظر گرفته شده است. این منطقه مورد مطالعه به دلیل مجاورت با دریای عرب از نظر لرزه ای فعال و مستعد خوردگی است. علاوه بر این، آمار میانگین سالانه نرخ رشد ترافیک کامیون ها در این ایالت 5 درصد گزارش شده است [30] که به طور بالقوه می تواند بر عملکرد و ایمنی پل ها تأثیر بگذارد. در این مطالعه آزمایشی، تخریب خوردگی-خستگی به عنوان یک پدیده همراه از خوردگی حفره‌ای میلگردها و خستگی ناشی از ترافیک مدل‌سازی می‌شود و به عنوان تخریب مواد فولادی و بتن تفسیر می‌شود. از آنجایی که خواص مواد سازنده با گذشت زمان کاهش می یابد، مدل اجزای محدود پل بکر به روز شده است تا حالت های مختلف تخریب شده آن را به تصویر بکشد. تحلیل‌های تاریخچه زمانی غیرخطی پل در حالت‌های بکر و تخریب‌شده آن تحت مجموعه‌ای از حرکات لرزه‌ای منتخب با مولفه‌های HGM و VGM انجام می‌شود و نتایج به‌دست‌آمده برای نشان دادن اثرات فردی و همزمان تخریب پل و VGM بر زندگی استفاده می‌شود. عملکرد لرزه ای سیکل پل