مشخصات مقاله
مشخصات کتابشناختی مقاله علمی مرتبط با این دستاورد، بهصورت خلاصه در جدول زیر آمده است.
شناسنامه مقاله
| عنوان مقاله | اثر روش تحلیل بر منحنی شکنندگی پل های بزرگراهی منظم و نامنظم |
| Effects of Deck-Abutment Pounding on the Seismic Fragility Curves of Box-Girder Highway Bridges | |
| نویسندگان | Seyyed Amirhossein Moayyedi, Hossein Rezaei, Afshin Kalantari, Robert Jankowski |
| مجله | Journal of Earthquake Engineering (Taylor & Francis) |
| سال انتشار | 2024 |
| جلد / صفحات | 28(8), 2188-2217. |
| DOI | DOI:10.1080/13632469.2023.2283004 |
| حوزه تخصصی
|
برخورد سازه ای تحت زلزله
کوبش عرشه و کوله پل تحلیل غیرخطی سازه پلهای منظم و نامنظم پل جعبه ای بتنی چند دهانه منحنی شکنندگی ارزیابی مبتنی بر ریسک |
| Structural pounding; earthquakes; regular and irregular bridges; deck–abutment collisions; nonlinear dynamic analysis; fragility curves |
خلاصه اجرایی
برخورد لرزهای عرشه با کوله (Deck–Abutment Pounding) یک پدیده تماس پیچیده است که میتواند پاسخ دینامیکی پل را بهطور معنیدار تغییر دهد. این مقاله نشان میدهد اگر در استخراج منحنیهای شکنندگی پلهای جعبهای (Box-Girder) اثر برخورد صریحاً لحاظ نشود، نتایج ارزیابی ریسک میتواند منحرف شود، بهخصوص در پلهای نامنظم.
خروجی این پژوهش برای پروژههای واقعی این است: «روش ارزیابی شکنندگی باید با درنظرگیری برخورد و نامنظمی تنظیم شود؛ و در تحلیلهای سادهتر، باید از ضرایب اصلاحی استفاده کرد تا ریسک دستکم گرفته نشود.»
معرفی دستاورد علمی
این پژوهش منحنیهای شکنندگی سیستم کلی پل و همچنین اجزای کلیدی را برای پلهای جعبهای بزرگراهیِ منظم و نامنظم در دو حالت مقایسه میکند:
- با برخورد (pounding)
- بدون برخورد
برای تعمیم نتایج به «یک کلاس پل مشابه»، مقاله عدمقطعیتهای مرتبط با زلزله، هندسه و مصالح را لحاظ میکند و بر پایه تحلیلهای تاریخچه زمانی غیرخطی در OpenSees، شکنندگیها را توسعه میدهد. خروجی فقط یک نتیجه کلی نیست؛ مقاله نشان میدهد اثر برخورد روی هر تقاضا اعضاء میتواند متفاوت باشد و همین، پیامد مستقیم برای طراحی و مقاومسازی دارد.
مسئله مهندسی که مقاله حل میکند
این مقاله دقیقاً به یک سؤال پرتکرار در پروژههای پل پاسخ میدهد:
وقتی برخورد عرشه–کوله رخ میدهد، شکنندگی پل و اجزای آن چقدر تغییر میکند و آیا میتوان این اثر را در ارزیابیهای سادهتر هم لحاظ کرد؟
مشکل رایج پروژهها این است که برخورد یا حذف میشود، یا با یک فرض ساده جایگزین میشود؛ اما مقاله نشان میدهد:
- اثر برخورد یکنواخت نیست و برای برخی اجزا میتواند مخربتر باشد.
- نامنظمی و سناریوی زلزله (از جمله رکوردهای pulse-like) میتواند اثر برخورد را تقویت کند.
نتیجه مهندسی: اگر برخورد را درست مدل نکنی، خروجی شکنندگی «قابل اتکا برای تصمیم مقاومسازی» نیست.
روششناسی و نوآوری پژوهش
- توسعه منحنی شکنندگی برای پلهای دو، سه و چهاردهانه در سطوح مختلف نامنظمی ارتفاعی (از منظم تا بسیار نامنظم).
- درنظرگیری چندمنبعی عدمقطعیتها: زلزله، هندسه، مصالح.
- استفاده از ۱۶۰ رکورد زلزله در چهار سناریوی مختلف و انجام تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی (با و بدون برخورد) و مقایسه سیستماتیک پارامترهای شکنندگی.
- نوآوری اجرایی مهم مقاله: استخراج یک ضریب/پارامتر اصلاحی برای زمانی که در روشهای سادهتر (مثل استاتیکی خطی/غیرخطی یا طیفی) اثر برخورد دقیق لحاظ نمیشود؛ یعنی یک پل مهندسی بین «تحلیل دقیق» و «تحلیل پروژهای با محدودیت زمان/هزینه».
نتایج کلیدی با ارزش اجرایی بالا
مقاله (در بخش Conclusions) چند پیام مهندسی روشن دارد؛ مهمترینها برای اجرا:
- اثر برخورد روی EDPها همیشه یکسان نیست:
برای مثال، در شکلپذیری ستون برخورد در برخی شرایط میتواند «بهبود عملکرد» نشان دهد، اما در نامنظمی شدید میتواند آسیبپذیری را افزایش دهد—یعنی نتیجه وابسته به کلاس پل و شدت نامنظمی است. - برخورد بهصورت پیوسته باعث افزایش تغییرشکل یاتاقان میشود (Trend پایدار در همه کلاسهای نامنظمی).
- اثر برخورد روی Unseating عرشه در کولهها الگوی ثابت ندارد و پیچیدهتر است (نباید با یک فرض سرانگشتی جمع شود).
- حرکات pulse-like میتوانند اثر مخرب برخورد را تشدید کنند (میانگین اثر برخورد برای برخی EDPها در رکوردهای pulse-like بدتر میشود).
- حساسیت اثر برخورد نسبت به تغییر نامنظمی بین EDPها متفاوت است؛ جابجایی فونداسیون از حساسترینهاست و با تغییر نامنظمی، اثر برخورد پررنگتر میشود.
- افزایش تعداد دهانهها میتواند رابطه برخورد و شکنندگی سیستم را تغییر دهد و در برخی کلاسها اثرات نامطلوب را تشدید کند.
- پارامتر پیشنهادی مقاله برای اثر برخورد، با توجه به تنوع عدمقطعیتها، میتواند برآورد قابل اتکا برای بهکارگیری در تحلیلهای سادهتر و طراحی/کنترل پروژهای ارائه دهد.
کاربرد مستقیم در پروژههای رعد
این مقاله برای رعد «محتوای تزئینی» نیست؛ در پروژههای واقعی پل و زیرساخت، کاربرد مستقیم دارد:
- طراحی/کنترل درزها، کولهها و یاتاقانها با نگاه شکنندگی و نه صرفاً چک آییننامهای.
- تصمیمگیری درباره اینکه کِی باید تحلیل غیرخطی دینامیکی انجام شود و کِی میتوان از روشهای سادهتر استفاده کرد—اما با ضریب اصلاح برخورد (برای دفاع فنی در برابر کارفرما/ناظر).
- ارزیابی ریسک پلهای نامنظم با تمرکز بر «اجزای آسیبپذیرتر» (مثل bearings و foundation translation) و تعیین اولویت مقاومسازی.
- تقویت قابلیت دفاع گزارشها: وقتی کارفرما میپرسد «چرا روش تحلیل سنگینتر؟»، این مقاله پشتوانه روشن میدهد که برخورد میتواند منحنیهای شکنندگی را جابهجا کند و بیتوجهی به آن یعنی ریسکِ پنهان.
Executive Summary
Deck–abutment pounding is a complex contact phenomenon that can significantly alter bridge seismic response. This paper shows that ignoring pounding may lead to biased fragility estimates, especially for irregular box-girder highway bridges. The study provides a practical basis for risk-consistent fragility assessment and for correcting simplified analyses when pounding is not explicitly modeled.
Scientific Contribution
The paper develops and compares system-level and component-level fragility curves for regular and irregular multi-span box-girder bridges in two cases: with pounding and without pounding. Multiple sources of uncertainty related to ground motions, geometry, and material properties are included, and fragility curves are derived using nonlinear time-history analyses in OpenSees.
Engineering Problem Addressed
How does deck–abutment pounding affect fragility curves of multi-span bridges and their key components, and can its influence be accounted for in simplified engineering assessments? The study demonstrates that pounding effects are not uniform across demand parameters and can be amplified by irregularity and certain earthquake scenarios (e.g., pulse-like motions).
Methodology and Innovation
A probabilistic framework is adopted using 160 ground motions in four different sets. Nonlinear time-history analyses are performed for bridge classes (two-, three-, and four-span) at multiple irregularity levels, comparing fragility parameters with/without pounding. A practical correction coefficient/parameter is proposed to incorporate pounding effects in simplified analysis methods.
Key Findings with Practical Value
Pounding exhibits both consistent and inconsistent trends across response measures: it consistently increases bearing deformation; its effect on deck unseating is more complex; and its impact may be more detrimental under pulse-like ground motions. Sensitivity to irregularity differs by EDP, with foundation translation being highly susceptible. The proposed parameter provides a reliable estimate of collision effects for simplified design/assessment. The impact of pounding varies significantly across different EDPs, with foundation translation and bearing deformation being among the most sensitive response measures.
Direct Application in Ra’d Retrofit Projects
The findings support risk-informed assessment and retrofit decisions for bridge joints, bearings, abutments, and irregular bridge classes, and provide technical justification for when advanced nonlinear analyses are required versus when simplified methods can be used with appropriate pounding corrections.
خلاصه کوتاه
این مقاله اثر برخورد لرزهای عرشه–کوله را بر منحنیهای شکنندگی پلهای جعبهای منظم و نامنظم بررسی میکند و نشان میدهد نادیده گرفتن برخورد میتواند برآورد ریسک لرزهای را منحرف کند، بهویژه در پلهای نامنظم و برخی سناریوهای زلزله. خروجی مقاله یک مبنای تصمیمساز برای کنترل درزها، تکیه گاه ها و کولهها و نیز استفاده از ضرایب اصلاحی در تحلیلهای سادهتر است.
Short Summary
This paper quantifies how deck–abutment pounding affects system and component fragility of regular and irregular multi-span box-girder bridges. Results show non-uniform pounding impacts across demand measures, with consistent increases in bearing deformation and scenario-dependent effects amplified by irregularity and pulse-like motions, supporting risk-informed retrofit and joint design decisions.