بررسي عملكرد لرزه‌اي كوله پل‌هاي نامنظم در ارتفاع بر اثر اعمال زلزله در راستاهاي مختلف

Seismic Performance Assessment of Abutment in Bridges with Altitudinal Irregularity Subjected to Ground Motion Directionality Effects

ارزيابي پل­ هاي بزرگراهي، به منظور سنجش عملكرد لرزه ­اي براي برنامه ­ريزي يك سيستم حمل ­و­نقلي، قبل و پس از وقوع زلزله اهميت زيادي دارد. سازه ­هاي نامنظم، به ­دليل رفتار لرزه ­اي پيچيده ­تر اعضا، همواره در كانون توجه پژوهشگران و طراحان بوده ­اند. در اين مطالعه، مدل سه ­بعدي كوله­ هاي زيني در مجموعه ­اي از پل­هاي نامنظم در ارتفاع با استفاده از نرم ­افزار اجزاي محدود OpenSees تشكيل شده است. با توجه به اينكه نامنظمي در ارتفاع پايه ­ها منجر به تفاوت در سختي آن­ها مي­شود، توزيع نيروي زلزله بر هر پايه نامتوازن خواهد بود. از سوي ديگر، ميزان نيرويي كه متوجه كوله­ ها مي ­شود، به مقاومت و سختي پايه­ هاي مياني نيز بستگي دارد. علاوه بر نقش نامنظمي، تأثير دو رويكرد مجزا براي مدلسازي شرايط تكيه­ گاهي پايه ­هاي مياني، اعم از تكيه­ گاه گيردار و انعطاف­ پذير (اندركنش خاك ­و­سازه) در تحليل ملاحظه شده است. همچنين، لازم است براي پل ­هاي داراي پيچيدگي­ هاي رفتاري كه تحت اثر تحريكات زلزله به ­وسيله دو مؤلفه افقي متعامد هستند، تعداد كافي شتابنگاشت با زواياي مختلف به سازه اعمال شود تا بيشترين تقاضاي اعضاي آن به دست آيد. بنابراين، هر يك از مدل­ها به ازاي يك مجموعه شتابنگاشت كه هر كدام در هفت زاويه گوناگون دوران داده شده ­اند، تحت تحليل ديناميك افزاينده قرار گرفته است. تحليل دو سطح ظرفيتي مختلف مشخص كرد كه نوع و ميزان نامنظمي پل، اندركنش خاك و سازه و زاويه اعمال تحريكات زلزله (سوئگي) سه عامل مهمي هستند كه هر يك مي ­توانند در به دست آوردن پاسخ شكنندگي اعضاي تشكيل دهنده كوله نقش چشمگيري ايفا كنند. بدون استثنا، در تمامي مدل­ها، فرض تكيه­ گاه گيردار براي پايه­ هاي مياني باعث ايجاد پاسخ محافظه ­كارانه­ در اعضاي كوله در مقايسه با حالت اندركنش خاك و سازه ­ مي ­شود. در حالي كه تأثير زاويه اعمال شتابنگاشت بر بحراني شدن شكنندگي هر يك از اعضاي كوله مي­تواند از يك مدل به مدل ديگر و به ازاي حالت­ هاي ظرفيتي مختلف، متغير باشد.

Evaluation of highway bridges is a matter of importance in terms of seismic performance analysis for pre-and post-earthquake planning of a transportation system. Irregular structures have always been in the spotlight of researchers and engineers. In this study, a three-dimensional model of seat-type abutments is generated in a set of irregular bridges with unequal height of piers using OpenSess finite element software. Since altitudinal irregularity leads to different stiffness of individual piers, the distribution of seismic forces will be dissimilar for each pier. On the other hand, the proportion of seismic forces absorbed by the abutments is dependent on strength and stiffness of central piers. In addition to irregularity effects, the influence of two distinct approaches of pier support modeling such as fixed-base and flexible-base (soil-structure-interaction) is taken into account in the analyses. In addition, in order to obtain maximum demand on bridge members with complex behavior, subjected to the ground motion by orthogonal components, nonlinear time-history analysis using multiple earthquake records should be applied in different directions. Therefore, incremental dynamic analysis is performed on each bridge model for a set of seismic records each rotated in seven various directions. By processing the outcomes obtained from analysis of two levels of damage states, it is determined that the irregularity ratio and configuration, soil-structure-interaction, and incident angle of seismic motions are three important factors in evaluation of fragility characteristics of abutment constitutive members. With no exceptions in the investigated models, the fixed-base assumption of central piers produces conservative response of the abutment components in comparison to soil-structure-interaction consideration. However, the effects of ground motion directionality on the fragility characteristics of individual members of abutment vary for different damage states from one model to another.