مقاوم سازی پل ها و ارائه ی راهکار
در مسیر حمل و نقل زمینی، پل ها جزو سازه های مهم و در عین حال پر هزینه محسوب می شوند. بررسی زلزله های گذشته نشان می دهد که پایه ها، بعد از تکیه گاه ها دومین عنصری هستند که در زلزله نسبت به دیگر اعضای پل بیشترین آسیب را دیده اند. و از آنجا که آسیب دیدگی این عضو می تواند منجر به فرو ریختن تمامی یا بخشی از پل شود، لذا این قسمت از سازه دارای اهمیت ویژه می باشد. با توجه به زلزله‌خیز بودن کشور عزیزمان و قرارگیری آن در پهنه با خطر نسبی لرزهای بالا، مسائل مربوط به برقراری ایمنی و امنیت در هنگام حوادث طبیعی چون زلزله، را بسیار مهم می‌نماید. در شرایط بحرانی عملکرد ایمن شریان‌های اصلی به‌منظور ایجاد سهولت در کمک‌رسانی وامداد و نیز سرعت عمل بخشیدن به تثبیت اوضاع مخدوش، عامل حیاتی است که نقشی تعیین‌کننده در کاهش آمار تلفات دارد. گذرهای اصلی که مراکز مهم اداری، سیاسی، تجاری و محل‌های مسکونی را به یکدیگر مرتبط می‌کنند، جزء شریان‌های حیاتی محسوب می‌شوند و در این بین پلهای ساخته‌شده در مسیر این گذرها مخصوصاً پلهای ساخته‌شده روی رودخانه از اهمیت بالاتری برخوردار هستند. بنابر گروه‌بندی ساختمان‌ها برحسب اهمیت در آیین نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله، پلها را می‌توان جزء ساختمان‌های بااهمیت خیلی زیاد قلمداد کرد که شامل سازه‌هایی هستند که قابل‌استفاده بودن آن‌ها پس از وقوع زلزله اهمیت خاص دارد و وقفه در بهره برداری از آن‌ها به طور غیرمستقیم موجب افزایش تلفات و خسارات می‌شود.
مقاوم سازی پایه های پل با افزودن ژاکت بتنیزلزله بیشترین خسارت را به نقاط ضعف سازه وارد می کند که پل ها به دلیل درجه نامعینی کم در برابر این حملات بسیار آسیب پذیرند .آسیب های قابل توجه در پایه پل ها به دو گروه قابل دسته بندی هستند: دسته اول آسیب های وابسته به گسیختگی خمشی پایه به علت مقاومت خمشی ناکافی با ظرفیت شکل پذیری خمشی ناکافی پایه ستون پل و دسته دوم آسیب های وابسته به شکست برشی به علت ظرفیت برشی ناکافی پایه پل. در حالتی که زلزله با پریود های بلند رخ دهد، فراهم نمودن انعطاف پذیری مناسب برای مقابله با انرژی ورودی آن ، امکان پذیر نمی باشد،در این حالت میزان جذب و استهلاک انرژی ، نقش بسیار مهمی در رفتار سازه خواهد داشت.در این روش ها سیستم های مکانیکی مختلفی در نشیمن پل و یا در دیافراگم های انتهایی آن جداسازی می گردند که درهنگام وقوع زلزله اقدام به جذب و استهلاک انرژی نماید.
عموما طراحی پل های قدیمی بر اساس ترکیبات بار لرزه ای نبوده است، بنابراین در بیشتر موارد احتیاج به مقاوم سازی دارند. در رابطه با موضوع مقاوم سازی پل نتایج محاسبات عددی و تحلیلی اجزاء محدود نشان می دهد که در پایه های کوتاه و بلند رفتار پایه های مقاوم سازی شده با الیاف FRP، دارای سختی دورانی بیشتری نسبت به پایه اولیه می باشند لذا این پایه ها می توانند تحت نیروی زلزله بیشتری به دوران نهایی برسند. بنابراین استفاده از پوشش CFRPدر پایه های کوتاه و بلند باعث افزایش سختی دورانی و کاهش میزان شکل پذیری در این پایه ها گردیده است . همچنین نتایج نشان می دهد استفاده از پوشش CFRP در پایه های کوتاه و بلند باعث افزایش ظرفیت برشی در این پایه ها گردیده است.
انواع خرابی پلها در اثر زلزله
- خرابی پل در اثر گسیختگی گسل یا روانگرایی خاک
- خرابی نشیمن و انحراف رو سازه در هر دو امتداد طولی و عرضی
- فروریزی و کج شدگی پایه‌های پل به علت خرابی برشی
- فروریزی دهانه‌های پل به خاطر لغزش از نشیمن
- خرابی دیواره پشتیبان کوله.
- خرابی المان‌های سازهای پلها ناشی از زلزله
خرابی پل های طرح شده با روش الاستیک
پل ها بویژه پل های بتن آرمه و بتن پیش تنیده علیرغم سیستم سازه ای ساده و رفتار شناخته شده ایکه دارند ، در برابر زلزله عملکرد خوبی نداشته اند و این مطلب عمدتا ناشی از عوامل زیر است:
- عدم اجرای جزئیات لرزه ای مناسب
- فلسفه طراحی، طراحی الاستیک طراحی بر اساس ظرفیت ( تمامی پلهای ساخته شده تا قبل از سال 1971 با روش طرح الاستیک طراحی شده اند.)
- تغییر مکان های لرزه ای بر اساس اصول طراحی الاستیک بسیار کمتر از آن است که در یک زلزله واقعی سازه تجربه می کند . به علاوه استفاده نکردن از ممان اینرسی ترک خورده مقطع این موضوع را تشدید می کند . از عواقب آن به موارد زیر می توان اشاره کرد :
- افتادن و شکست عرشه ها به سبب از دست رفتن سطح اتکا(Unseating)
- کوبیده شدن قسمت های سازه ای پل به یکدیگر(Pounding Effect)
- آسیب دیدگی کلید برشی(Shear Key)
- تخریب مقید کننده های مفصل ها (Hing Restrainer)
در طراحی الاستیک نسبت نیروی لرزه ای به نیروی گرانشی به طور نا صحیحی پایین می باشد این موضوع باعث الگوی نامناسب توزیع لنگر می گردد و از عواقب آن می توان به تخمین نامناسب محل تشکیل مفصل لاستیک ، نقطه عطف و … اشاره نمود.
محل تشکیل مفصل پلاستیک و نقطه عطف درپل های طرح شده به روش الاستیک
رفتار غیر خطی سازه و وابستگی آن به شکل پذیری ، پارامتر بسیار مهمی در عملکرد لرزه ای پل می باشد . چنانچه بخش عمده ای از استهلاک نیروی زلزله در این ناحیه صورت می گیرد اما در طراحی الاستیک این موضوع لحاظ نمی گردد.
انواع مختلف پل ها بسته به سیستم سازه ای با استفاده از روش های زیر قابل تقویت و مقاوم سازی می‌باشند
- استفاده از الیاف و ورق FRP برای تقویت تیرها، ستون ها و عرشه پل
- استفاده از میلگرد FRP در مقاوم سازی پل
- استفاده از انواع میراگرها و جداگرهای لرزه ای(Damper, Base Isolation)
- روشهای سنتی مقاوم سازی پلها شامل تقویت با بتن، فولاد و مواد کامپوزیتی
لمینیت FRP
لمینیت های FRP Laminate ، ورقه های به ضخامت چند میلی متر هستند که دارای مقاومت فوق العاده ای در یک یا دو جهت بوده و با سیستمهای رزین اپوکسی مخصوصFRP به سطح بتن و یا فولاد چسبانده می شوند. لمینیت FRP معمولا برای مقاوم سازی و افزایش مقاومت سازه های بتن مسلح و پیش تنیده به کار می رود و باعث افزایش سختی و مقاومت کاملا مشهود و کنترل و جلوگیری از ترک خوردگی در ناحیه پلاستیک اعضاء می‌شود.
از آنجایی که FRP ها مصالحی ناهمسانگرد هستند نوع و مقدار فیبر و رزین مورد استفاده، سازگاری فیبر و کنترل کیفیت لازم هنگام ساخت آن نقش اصلی را در بهبود خواص مکانیکی آن دارد.
