تحلیل رفتار سازه در برابر زلزله های کوبه و نورتریج به همراه مثال های کاربردی

قطعا شما هم می دانید که همیشه زلزله ها درس هایی بزرگ با هزینه هایی گزاف هستند؛ به همین دلیل هم پس از تحلیل رفتار سازه در برابر زلزله ها، تغییراتی را در آیین نامه ها مشاهده می کنیم که قطعا این تغییرات ارزشمند هستند.

در این مقاله جنجالی در رابطه با آسیب های وارد بر ساختمان ها در اثر زلزله های کوبه و نورتریج که جزو زلزله های بزرگ و مهم دنیا هستند صحبت می کنیم و حدود 40 عکس واقعی را به شما نشان می دهیم تا موضوع را عمیقا درک کنید.

1. آسیب‌های وارد بر ساختمان های بتنی و فلزی-بتنی (مقاطع مرکب) در اثر زلزله

در این دو زلزله آسیب‌ های عمده‌ای به سازه‌های بتنی و بتنی- فلزیِ طراحی و ساخته شده بر اساس آیین‌نامه‌های آن زمان وارد شد که نمایان شدن نقاط ضعف آیین‌نامه‌ها و دستورالعمل‌های موجود، گردید. در ادامه به بررسی برخی از این آسیب‌ها و علل آن‌ها می‌پردازیم.

1. 1 آسیب‌های مربوط به المان‌های مختلف در قاب‌های بتنی

در قاب‌های بتنی، آسیب‌ های وارد شده در اثر زلزله اغلب شامل موارد زیر می‌شد:

• ایجاد طبقه نرم به دلیل جزییات میلگردگذاری ضعیف ستون‌ها که شامل آرماتورهای عرضی با فاصله زیاد و استفاده از میلگردهای طولی صاف (بدون آج).
• تسلیم برشی ستون‌ها به دلیل به وجود آمدن ستون کوتاه و تیر قوی-ستون ضعیف به صورت ناخواسته بدلیل نحوه اجرا و نوع نما.

البته این موضوع قابل توجه است که پیشرفت عملکرد سازه‌هایی که بر اساس آیین‌نامه‌های اصلاح شده (بعد از تغییرات آن‌ها در سال 1971) ساخته شده بودند، کامل مشهود بوده است. در این تغییرات جزییات مربوط به میلگردگذاری ستون‌ها بهبود داده شده بود در نتیجه آسیب‌های مربوط به ضعف در این موارد نیز در این سازه‌های تازه ساخته شده کمتر دیده شده بود.

در ادامه به بررسی عوامل فوق با مشاهده تصاویر مربوط به خرابی‌های دو زلزله کوبه و نورثریج می‌پردازیم.

✅ اولین شکلی که مشاهده می کنید مربوط به زلزله کوبه، ژاپن است که نمونه ای از جزییات ضعیف میلگردگذاری با استفاده از میلگردهای طولی صاف و تنگ‌هایی با فاصله زیاد از هم است که بعد از خرد شدن بتن هسته ستون، به راحتی اجازه کمانش میلگردهای طولی و در نتیجه تسلیم کامل ستون را می دهد.

(شکل 1) زلزله کوبه ژاپن

✅ در شکل 2 که بازم مربوط به زلزله کوبه ژاپن است نمونه ای از ستون با فاصله کمتر تنگ‌ها که با وجود خرد شدن هسته بتنی ستون، از کمانش میلگردهای طولی و درنتیجه فرو ریزش کلی سازه جلوگیری کرده است را مشاهده می کنید در شکل زیر اهمیت رعایت قلاب‌های استاندارد در خاموت های بسته مشهود است. این عکس مربوط به ساختمان مسکونی ساخته شده بعد از اصلاح آیین‌نامه‌ها در دهه 70 میلادی است.

(شکل 2) زلزله کوبه ژاپن

✅ تنها کافی است با دقت بیشتری به تصویر شماره 3 که مربوط به زلزله کوبه ژاپن است نگاه کنید تا ایراد کار طراح سازه را متوجه شوید. همانطور که در تصویر زیر مشخص است پر کردن فاصله بین ستون‌ها در زیر بازشوها با مصالحی که سختی زیادی دارند باعث ایجاد ستون کوتاه و شکست برشی در ستون ها شده است.

(شکل 3) زلزله کوبه ژاپن

✅ در شکل 4 هم مجددا ستون کوتاه را مشاهده می کنید که مشابه تصویر 3 به دلیل وجود مصالح با سختی زیاد زیر بازشو های بین ستون ها ستون کوتاه به وجود آمده است.

(شکل 4) میتسوکی، کوبه ژاپن

✅ پدیده ستون کوتاه  در برج مسکونی در سانتامانیکا کالیفرنیا

(شکل 5) برج مسکونی در سانتامانیکا کالیفرنیا

✅ نمای نزدیکتر از آسیب ایجاد شده در اثر پدیده ستون کوتاه را در شکل زیر می توانید مشاهده کنید.

(شکل 6) نورتریج،کالیفرنیا

✅ در شکل 7 که مربوط به زلزله کوبه ژاپن است. مشخص است که تیرها نسبت به ستون‌ها قوی‌تر ساخته شده‌اند که موجب ایجاد پدیده تیر قوی-ستون ضعیف شده است.

(شکل7) زلزله کوبه، ژاپن

1. 2 آسیب‌های وارد بر دیوارهای برشی بتنی ساختمان

در ساختمان‌های بزرگ و جدیدتر که در آن‌ها از دیوار برشی به عنوان سیستم اصلی باربری جانبی استفاده شده بود، آسیب‌های شدیدی گزارش نشد ولی در ساختمان‌های کوچکتر با سیستم دیوار برشی نمونه‌هایی از تخریب و فرو ریزش دیده می‌شد.

از عمده خرابی گزارش شده دیوار برشی ها می‌توان به ترک‌های کششی قطری و همچنین شکست تیر پیوند (coupling beams) بین بازشوهای داخل دیوارهای برشی اشاره کرد که از جمله دلایل آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. میلگردگذاری عرضی ناکافی دیوارهای برشی
2. استفاده از میلگردهای طولی صاف (بدون آج)
3. فاصله زیاد تنگ‌ها در دیوار برشی و ستون
4. کاهش سطح مقطع دیوارهای برشی در ناحیه بازشوها
5. پیش بینی نشدن اثر کوپلینگ در تیرهای بین بازشوهای دیوار برشی

در ادامه چند مورد از این خرابی‌ها و دلایل آن‌ها را در تصاویر بررسی می‌کنیم.

✅ در شکل 8، نوع معمول خرابی دیوارهای برشی را مشاهده می کنید که به صورت ترک‌های کششی قطری است. همانطور که در شکل زیر مشخص است از بالا به پایین با زیاد شدن برش طبقه، میزان خرابی‌ها نیز بیشتر شده است.

(شکل 8) ساختمان اداری در مرکز شهر کوبه – ژاپن

✅در شکل 9 ترک های قطری در تراز بازشو ها را مشاهده می کنید که باعث کم شدن سطح مقطع دیوار و رخ دادن پدیده ستون کوتاه شده است

(شکل 9) ساختمان مسکونی پنج طبقه در نیشینوما-کوبه

✅در شکل 10 تسلیم کامل دیوارهای برشی یک طبقه و رخداد پدیده طبقه نرم و فرو ریزش سازه در آن طبقه به علت میلگرد گذاری ضعیف و ناکافی در دیوارهای برشی طبقه همکف را مشاهده می کنید. همچنین به علت کاربری پارکینگ طبقه، تعداد دیوارها و در نتیجه سختی طبقه کمتر از طبقات بالاتر بوده است.

(شکل 10) ساختمان مسکونی در زلزله شهر کوبه – ژاپن

✅در شکل 11 تسلیم برشی تیرهای پیوند (coupling beams)، بین بازشوهای موجود در دیوارهای برشی را مشاهده می کنید که به علت عدم پیشبینی دستور العمل مناسب جهت تسلیح تیرهای بتنی در برابر برش ایجاد شده است.

(شکل11) برج مسکونی در سانتامانیکا کالیفرنیا

✅در شکل زیر ترک های قطری ضربدری را در دیوارهای برشی بین بازشو مشاهده می کنید.

(شکل 12) یک بیمارستان در زلزله نورتریج

✅در شکل 13 می توانید نمای نزدیکتر از دیوارهای ترک خورده‌ی بیمارستان اشاره شده در شکل 12 را مشاهده کنید. یکی از علل تسلیم دیوارهای برشی در این بیمارستان میلگردگذاری عرضی با فاصله زیاد است که البته مربوط به دستورالعمل‌های زمان ساخت بیمارستان در 50 سال قبل از وقوع زلزله است.

(شکل 13) نمای نزدیک دیوار های ترک خورده یک بیمارستان در زلزله نورتریج

1. 3 آسیب های مربوط به ایجاد طبقه نرم

آسیب‌ های مربوط به طبقه نرم به دو صورت مشاهده گردید که یکی مربوط به طبقه‌ی نرم در تراز همکف و دیگری در طبقات بالاتر می‌باشد که در ادامه در رابطه با هر کدام توضیحاتی ارائه شده است.

1. 3. 1 آسیب‌های مربوط به ایجاد طبقه نرم در تراز همکف

در آسیب‌ هایی که در این دو زلزله مشاهده گردید، تعداد قابل توجهی ساختمان به صورت کامل خراب شده‌اند که علت اصلی این فرو ریزش، خرابی طبقه همکف در اثر ایجاد طبقه نرم است که سبب فرو ریزش کلی سازه شده است. در کوبه ژاپن به دلیل نیاز به فضاهای بزرگ برای پارکینگ‌ها استفاده از طبقه همکف به عنوان پارکینگ با دهانه‌های بزرگ امری رایج بود، باربری جانبی در این طبقه توسط ستون‌ها انجام می‌گرفت و موجب اختلاف زیاد سختی جانبی با طبقات بالاتر که دارای دیوار بودند می‌شد که سبب ایجاد طبقه نرم گردیده است. همچنین در کالیفرنیا ایجاد طبقه نرم در یک ساختمان با همین سبکِ ساخت (پارکینگ با دهانه‌های بزرگ در طبقه همکف) موجب تخریب کامل طبقه اول و مرگ 16 نفر از 22 کشته مربوط به تخریب سازه‌ها در زلزله نورتریج گردید (تعداد کلی کشته‌شدگان در این زلزله 58 نفر بود که 22 نفر از آنها در اثر تخریب سازه‌ها جان خود را از دست داده‌اند). در ادامه به بررسی این نوع تخریب در تصاویر مربوط به خرابی‌های این دو زلزله می‌پردازیم.

✅ در شکل 14 فروریزش کامل طبقه اول یک ساختمان تجاری در اثر ایجاد طبقه نرم را مشاهده می کنید که در کوبه ژاپن اتفاق افتاده است.

(شکل14) کوبه – ژاپن

✅ به شکل های زیر توجه کنید، در اولین تصویر دقیقا سعی کرده ام پارکینگ های با دهانه بزرگ در طبقه همکف را به شما نشان دهم که البته کاری کاملا رایج بود. در تصویر بعدی تخریب کامل طبقه همکف (پارکینگ با دهانه بزرگ) به دلیل ایجاد طبقه نرم را مشاهده می کنید.

(شکل15) نورتریج – کالیفرنیا

1. 3. 2 آسیب های مربوط به ایجاد طبقه نرم در طبقات میانی

تعداد زیادی از سازه‌ ها در اثر زلزله دچار تخریب جزئی یا کامل یکی از طبقات میانی شده بودند. اکثر این تخریب‌ها بر اثر نامنظمی در سختی جانبی در ارتفاع یا نامنظمی هندسی در ارتفاع بوده به طوری که از یک طبقه به بالا سختی جانبی و یا پلان سازه بیش از حد تغییر داشته است.

پیش از زلزله کوبه، یکی از مقاطع رایج در ژاپن، مقاطع مرکب ساخته شده از پروفیل‌های فلزی مدفون در بتن‌آرمه بود، به این صورت که با کاهش برش در طبقات بالاتر، اقدام به حذف یکی از بخش‌های بتن آرمه یا پروفیل فلزی از مقاطع می‌کردند که از این موضوع هم به عنوان یکی از دلایل نامنظمی سختی در ارتفاع و ایجاد طبقه نرم در تراز طبقات میانی نام برده شده است.

از دیگر عوامل تخریب طبقات میانی، می‌توان به اثر ضربه‌ی سازه‌های مجاور اشاره کرد که به دلیل عدم رعایت درز انقطاع بین ساختمان‌ها به وجود آمده بود.

همچنین در آیین‌نامه‌های قبل از سال 1981 ژاپن، تقسیم نیروی برش پایه ساختمان در ارتفاع، بصورت یکنواخت و مساوی در نظر گرفته می‌شد. این رویکرد، با روش طراحی امروزی قاب‌ها متفاوت می‌باشد که برگرفته از تغییرشکل مٌد اول سازه، و به صورت مثلثی انجام می‌گیرد و به واقعیت نزدیک‌تر می‌باشد. این تفاوت در روش طراحی یکی دیگر از دلایل احتمالی تخریب طبقات میانی در نظر گرفته می‌شود.

در کل به دلیل رخداد این نوع خرابی در طبقات بالا و عدم وجود دسترسی راحت و ایمن، بررسی آن از نزدیک توسط کارشناسان امکان‌پذیر نبوده است. در ادامه به بررسی این نوع آسیب در تصاویر خرابی‌های مربوط به این دو زلزله می‌پردازیم.

✅ در شکل 16 تخریب کامل طبقه چهارم یک ساختمان ده طبقه را مشاهده می کنید که اولین طبقه عقب نشینی ساختمان و تغییر پلان نسبت به طبقات پایین‌تر بوده است.

(شکل16) کوبه – ژاپن

✅ به تصویر زیر دقت کنید به نظر شما علت تخریب تقریبا کامل طبقه دوم این ساختمان تجاری چیست؟  دلیل این تخریب کاهش سختی زیاد نسبت به طبقه پایین تر است.

(شکل17) کوبه – ژاپن

✅ فروریزش کامل یکی از طبقات میانی به دلیل تغییر مقاطع قاب‌ها از مقاطع مرکب به مقاطع بتن آرمه در آن طبقه

(شکل 18)

1. 4 واژگونی سازه

در برخی از ساختمان‌ها واژگونی کامل سازه، به دلایل مختلفی مانند نوسان شدید ناشی از نامنظمی پیچشی و یا نامنظمی سختی در پلان، دیده شده است. در تصاویر پایین یک ساختمان 9 طبقه در ژاپن دیده می‌شود که در تراز همکف، وجه سمت خیابان آن، دارای دهانه‌های بزرگ برای ورودی فروشگاه‌ها بوده و در دیگر وجوه آن از دیوار برشی استفاده شده بوده که این امر موجب پیچش سازه و تخریب ستون‌های سمت خیابان شده است. در نتیجه‌ی ضعف ستون‌ها و دیوارها و فونداسیون سازه در کشش ، ساختمان ابتدا دچار خم شدن و پس از چند ساعت در اثر پس لرزه‌ها دچار واژگونی کامل بر روی خیابان مقابل و بستن کامل مسیر شده است.

(شکل19) واژگونی سازه – کوبه- ژاپن

2. رفتار ساختمان فلزی در برابر زلزله های کوبه و نورتریج

آسیب‌های وارد به سازه‌های فلزی در زلزله‌های نورثریج و کوبه بسیار گسترده و وسیع بود. زلزله باعث ایجاد تخریب‌های شدید حتی در سازه‌های ساخته شده بر اساس آیین‌نامه‌های جدید شد و از اینرو نقاط ضعف بسیاری در طراحی این نوع سازه‌ها مشخص گردید.

در نورثریج هیچ سازه فلزی‌ای دچار تخریب کامل و فرو ریزش نشد ولی تخریب‌های غیرمنتظره زیادی مشاهده شد. در کوبه اما وخامت خسارات بیشتر بود. بیش از 90 سازه فلزی دچار فرو ریزش کامل شدند. علل این تخریب های شدیدتر، کمبود مصالح با کیفیت به علت محدودیت‌ها، در زمان ساخت‌ و‌ ساز های بعد از جنگ دوم جهانی و همچنین وجود تعداد زیاد ساختمان‌های ساخته شده بر اساس آیین‌نامه‌های قدیمی، بوده است.

در کل آسیب‌های وارده بر سازه‌های فلزی به دلیل وجود پوشش‌های ضدحریق و مدفون بودن در اجزای غیرسازه‌ای مشهود نبوده به طوری که بسیاری از آسیب‌های وارد بر ساختمان‌های فلزی ساخته شده بر اساس آیین‌نامه‌های جدید که در ظاهر به آن‌ها آسیب سازه‌ای وارد نشده بود، بعد از کاوش و حفاری مشخص شد. به همین دلیل، با وجود اهمیت بسیار زیاد این آسیب‌ها که باعث تغییرات فراوان در آیین‌نامه‌های طراحی سازه‌های فلزی شد، تصاویر زیادی از آن‌ها موجود نیست.

در ادامه به بررسی انواع خرابی‌های مشاهده شده در سازه‌های فلزی با تصاویر آن‌ها می‌پردازیم.

2. 1 آسیب در مهاربندهای قطری

موارد عمده‌ی آسیب‌های مشاهده شده در این سیستم‌های سازه‌ای عبارتند از :

• شکست در اتصالات پیچ و مهره‌ای و جوش‌ها؛ علیرغم اینکه مطابق آیین‌نامه‌های طراحی جدید‌تر پیش‌بینی می‌شد که خرابی‌ها در مهاربندها ایجاد شود و نه در اتصالات آنها.
• کمانش مهاربند در فشار یا شکست در کشش مهاربندهای لاغر
• کمانش و شکست در ورق‌های اتصال یا گاست‌ پلیت‌ها

(شکل20) کمانش خارج از صفحه گاست پلیت

(شکل21) شکست در جوش اتصال تیر به ستون

(شکل22) تغییر مکان شدید سازه دارای قاب مهاربندی شده به دلیل شکت مهاربندها (کوبه، ژاپن)

2. 2 آسیب در قاب‌های خمشی

عمده‌ی آسیب‌ها وارد بر سازه‌هایی که از این نوع سیستم باربر جانبی استفاده کرده بودند حاصل ضعف و شکست در جوش اتصالات تیر به ستون و یا جوش بین ستون‌های دو طبقه، در محل وصله‌ها بود. این ضعفِ شدید باعث ایجاد شکست‌های ترد، بر خلاف فرضیات طراحی، شده بود.

فلسفه طراحی سازه‌های قاب خمشی ایجاد شکل پذیری از طریق ایجاد مفصل پلاستیک (تسلیم) در انتهای تیرها و ورود آن‌ها به ناحیه پلاستیک است، به کمک این رفتار، درصدی از انرژی زلزله مستهلک شده و آسیب کمتری به بخش‌های اصلی‌تر سازه وارد می‌شود. فرآیند تشکیل مفصل پلاستیک در انتهای تیرها طبیعتا باید پیش از تخریب کامل سازه رخ دهد، اما بدلیل وجود ضعف در اتصالات، در بسیاری از سازه‌های قاب خمشی مشاهده شده در این دو زلزله، قبل از تسلیم و جاری شدن اعضا، جوش‌ها دچار شکست می‌شدند، در نتیجه امکان ایجاد مکانیزمی برای استهلاک انرژی فراهم نمی‌شد.

اکثر خرابی‌ها در سازه‌های فلزی نورثریج به دلیل این نوع خرابی بود که موجب ایجاد آسیب‌های غیر منتظره در سازه‌ ها شده بود.

✅ در شکل زیر شکست کامل جوش در محل اتصال تیر به ستون را مشاهده می کنیم اما در شکل 24 نمونه ای دیگر از شکست جوش اتصال دهنده را مشاهده می کنیم منتها این سری اتصال بین دو ستون بوده است، شکل 25 نمونه از ستون به‌جا مانده از یک سازه کامل تخریب شده است که محل اتصالات تیرها پیش از شکست بر روی آن مشهود می‌باشد.

(شکل 23) کوبه – ژاپن

(شکل 24) کوبه – ژاپن

(شکل25)

2. 3 انواع دیگر خرابی‌ها در سازه‌ های فولادی

از دیگر انواع خرابی‌های مشاهده شده در سازه‌های فلزی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• شکست در اعضا به دلیل خوردگی و زنگ زدگی شدید با وجود استفاده از رنگ‌های ضدزنگ در سازه‌های قدیمی
• تسلیم پیچ‌های مهاری در پای ستون‌ها در محل اتصال به فونداسیون به علت ایجاد نیروی آپلیفت شدید
• شکست در تمام مقطع ستون
• تخریب نماهای عمدتاً ترد با سختی زیاد به علت وجود اختلاف شدید شکل پذیری با قاب‌های فلزی
• در موارد محدود، کمانش ستون به دلیل وجود دهانه‌های خیلی بزرگ بدون مهاربند

(شکل26) یک نمونه از تخریب در یک اتصال به شدت زنگ زده

(شکل27 )تغییر شکل پلاستیک پیچ‌های مهاری

✅ شکل 28 نمونه ای از شکست در تمام مقطع یک ستون خارج از محل وصله است که علت این شکست تردشکنی و عدم شکل‌پذیری مقطع سنگین فولادی می باشد و نشان‌دهنده‌ی نامناسب بودن استفاده از این مقاطع در طراحی‌های لرزه‌ای بود.

(شکل 28)

(شکل29) تخریب شدید نمای آجری قرار گرفته در قاب‌های فلزی به دلیل تغییرشکل قابل توجه این قاب‌ها

(شکل 30) ستون کمانش کرده در اثر نیروی آپلیفت

3. آسیب‌های وارد بر پل‌ها در اثر زلزله

خرابی‌های معمول مشاهده شده در این سازه‌ها در اثر زلزله‌های کوبه و نورثریج شامل موارد زیر بودند:

• شکست برشی و خمشی در ستون‌های بتنی پایه پل‌ها با شکل پذیری کم
• شکست خمشی و کمانش در ستون‌های فلزی استفاده شده در پایه پل‌ها
• شکست تکیه گاه‌های فلزی متصل کننده پایه پل و عرشه پل (یاتاقان)
• شکست پی پل‌ها به علت روانگرایی خاک

همچنین در مواردی، ضربه زدن عرشه‌ها به هم، تسلیم جفت‌کننده‌ها و محدودکننده‌ها و نشست کوله‌ها (سازه‌های قائم زیر ابتدا و انتهای پل برای نگه داشتن خاک شیبدار زیر پل)، در اثر زلزله باعث بروز خسارات شده است.

وارد شدن این آسیب‌ها به پل‌ها موجب فرو ریزش عرشه‌ها، جابجایی افقی و قائم آن‌ها نسبت به هم، شکست‌های کششی و فشاری در شاه تیرهای عرشه‌ها، واژگونی کامل پل‌ها و دیگر خسارات کلی و جزئی شده است. در ادامه به بررسی این آسیب‌ها و تصاویر مربوط به آن‌ها می‌پردازیم.

3. 1 آسیب‌های مربوط به پایه‌های بتنی

تقریباً تمامی ستون‌های بتنی آسیب دیده در پل‌ها، با توجه به با آیین نامه‌ها و دستورالعمل‌های قدیمی طراحی و اجرا شده‌اند که به عنوان مثال میلگردگذاری‌های انجام شده کم و ضعیف بوده است. این نوع میلگرد گذاری ضعیف که باعث تردشکن و غیرشکل‌پذیر بودن ستون‌های بتنی می‌شود، عامل شکست ستون‌های کوتاه در برش و ستون‌های بلند در خمش، در حین زلزله، شده است.

از دیگر دلایل خرابی‌های این سازه‌ها می‌توان به شکست اتصال بین میلگردهای طولی، بخصوص اتصالات جوشی بین میلگردها در نواحی با لنگر زیاد اشاره کرد.

(شکل 31) فرو ریزش و واژگونی کامل پل به علت شکست خمشی در پایه ستون‌های بتنی پل

(شکل32) شکست برشی ستون پایه پل

(شکل33) شکست برشی ستون بتنی پایه پل که منجر به فرو ریزش تمامی مقاطع پایه‌های پل شده است.

(شکل34) شکست محل وصله میلگردهای طولی

3. 2 آسیب‌های مربوط به پایه‌های فلزی

بر خلاف آمریکا، در ژاپن استفاده از ستون‌های فلزی دایره‌ای و مستطیلی در پایه‌های پل‌ها رایج می‌باشد. آسیب‌های وارد به این ستون‌ها از نوع ایجاد مفصل پلاستیک به دلیل کمانش و در برخی موارد، گسیختگی سطح مقطع بوده است.

(شکل 35) کج شدن پایه در نتیجه‌ی کمانش در ستون فلزی پایه پل

3. 3 آسیب‌های مربوط به یاتاقان‌ها

یاتاقان‌ها اعضایی از پل هستند که به شکل تکیه گاهی برای عرشه، بین عرشه و پایه‌ها قرار گرفته و بارهای وارد بر عرشه را به صورت یکنواخت، به پایه‌ها منتقل می‌کنند و همچنین ایجاد شرایط تکیه‌گاهی و تامین درجات آزادی در نظر گرفته در طراحی، مانند تغییرشکل‌های ‌طولی شاه تیرهای عرشه به دلیل تغییر دما یا اعمال نیروهای طولی، از دیگر کاربردهای اصلی این اعضا، در پل‌ها می‌باشد.

(شکل36)  تکیه گاه یا یاتاقان پل

آسیب‌های وارد بر یاتاقان‌ها به 3 نوع زیر تقسیم‌بندی می‌شود:

• تسلیم یاتاقان‌ها در مرحله اول و تسلیم اعضای دیگر بر اثر فشار ناشی از بازپخش نیروها که در موارد شدید موجب فرو ریزش کامل می‌شود.
• تسلیم اعضای دیگر در مرحله اول و تسلیم یاتاقان‌ها بر اثر فشار ناشی از بازپخش نیروها که در این حالت نیز فرو ریزش و تخریب کامل در موارد شدید مشاهده می‌گردد.
• تسلیم یاتاقان‌ها به شکل فیوز در هر یک از دو حالت قبل که موجب جلوگیری از اعمال نیروی اضافه به پایه‌ها و تخریب کامل می‌شود.

(شکل37) تسلیم یاتاقان

شکل 38 تغییرمکان عرضی عرشه‌ها بر اثر تسلیم یاتاقان را نشان می دهد.درجات آزادی یاتاقان‌ها به گونه‌ای بوده که تغییر مکان در این جهت انجام نگیرد و به دلیل تسلیم آن‌ها، خروج از محوریت عرشه هارا شاهد هستیم.

(شکل 38)

(شکل 39) فرو ریزش عرشه به دلیل تسلیم یاتاقان‌ها

3. 4 انواع دیگر خرابی‌های مربوط به پل‌ها

همانطور که در ابتدای این بخش نیز اشاره شد، بخش دیگری از آسیب‌های مشاهده شده، مربوط به تسلیم پی‌ها، تسلیم ابزار ویژه استفاده شده در پل‌ها، روانگرایی و شرایط خاص هندسی پل‌ها می‌باشد. به طور مثال در خیلی موارد، روانگرایی خاک باعث جابجایی پایه‌های پل‌ها در جهت‌های مختلف و در نتیجه‌ی آن، فرو ریزش و سقوط عرشه‌ها شده بود.

(شکل 40) خروج از محوریت عرشه‌ها به دلیل روانگرایی و تغییر مکان غیر یکسان پایه‌ها

شکل 41 فرو ریزش پل به دلیل تغییر شکل‌های پی بر اثر روانگرایی در پل تازه ساخته شده را نشان می دهد. ترک‌های ایجاد شده موازی با کناره آب نشان دهنده حرکت جانبی زمین و در نتیجه، پی پل می‌باشد.

(شکل41)

نتیجه گیری

با بررسی رفتار سازه در برابر زلزله های کوبه و نورثریج نتایج و درس‌های زیادی استخراج می شود که به چند مورد مهم آن در ادامه اشاره می‌کنیم:

• سیر تکامل آیین‌نامه‌ها، تآثیر قابل توجهی بر میزان خرابی‌های مشاهده شده داشته است. به طوری که سازه‌های ساخته شده بر اساس آیین نامه‌های جدیدتر متحمل آسیب کمتری نسبت به سازه‌های قدیمی‌تر شده بودند، که این خود نشان‌دهنده‌ی تاثیر مشاهدات حاصل از زلزله‌های مختلف و در نظر گرفتن اثرات آن‌ها در آیین‌نامه‌ها می‌باشد.
• برخی سازه‌های مهم مانند بیمارستان‌ها، با وجود عملکرد سازه‌ای خوب در برابر زلزله، به دلیل خرابی‌های غیر سازه‌ای دچار اخلال در خدمات رسانی شده بودند. بنابراین اهمیت در نظر گرفتن عملکرد اعضای غیرسازه‌ای در این زلزله‌ها بیشتر مشخص شد.
• سازه‌های قدیمی که پیش از زلزله بر اساس آیین نامه‌های جدید، به روزرسانی و مقاوم سازی شده بودند عملکرد قابل قبولی از خود نشان داده بودند که این موضوع، اهمیت و اثربخشی مقاوم سازی ساختمان را روشن می‌کند.

منابع 

• Tremblay, Robert, et al. “Seismic design of steel buildings: lessons from the 1995 Hyogo-ken Nanbu earthquake.” Canadian Journal of Civil Engineering3 (1996): 727-756.
• Chung, R. M. January 17, 1995 Hyogoken-Nanbu (Kobe) earthquake: Performance of structures, lifelines, and fire protection systems (NIST SP 901). No. Special Publication (NIST SP)-901. 1996.
• Ghosh, S. K. “Observations on the Performance of Structures in the Kobe Earthquake of January 17, 1995.” PCI journal2 (1995): 14-22.
• Todd, D. R., et al. 1994 Northridge Earthquake: Performance of Structures, Lifelines and Fire Protection Systems. No. NIST Interagency/Internal Report (NISTIR)-5396. 1994.
• Miller, Duane K. “Lessons learned from the Northridge earthquake.” Engineering Structures4-6 (1998): 249-260.
• Matso, Kalle. “Lessons from Kobe.” Civil Engineering4 (1995).

• مطلبی میخواهید که نیست ؟ از ما بپرسید تا برایتان محتوا رایگان تولید کنیم!

• ارسال سوال برای تولید محتوا