ظرفيت باربري و رفتار برشي تيرورق‌هاي I-شكل خميده در افق و اثر نقص اوليه در رفتار برشي آن‌ها

The Shear Loading Capacity and Behavior of Horizontally Curved Steel I-girder Bridges, and the Imperfection Effect

نياز به هدايت روان و ايمن ترافيك و محدوديت‌هاي ناشي از كمبود فضاي شهري باعث تمايل چشم‌گير طراحان به استفاده از پل‌هاي خميده فولادي شده است. اين سازه‌ها از لحاظ زيبايي نيز مورد پسند معماران و شهرسازان مي‌باشند. در اين مقاله، تيرورق‌هاي داراي انحناي افقي مختلف با مشخصات و ابعاد واقعي توسط آيين‌نامه AASHTO طراحي شده و به دو صورت تك-تيرورقي و داخل سيستم پل توسط نرم‌افزار اجزا محدود آباكوس مدل‌سازي و براي دستيابي به رفتار و ظرفيت برشي تيرورق‌ها تحليل شده‌اند. هدف اين تحقيق تبيين رفتار، مكانيزم زوال برشي و برآورد مقاومت برشي تيرورق‌ها در سيستم پل و مقايسه آن با تك-تيرورق‌هاي معادل‌ با استفاده از تحليل غيرخطي هندسي- مادي مي‌باشد. نتايج نشان مي‌دهد كه رفتار برشي، مقاومت برشي نهايي و مقاومت كمانشي برشي تك-تيرورق‌ها و سيستم پل مشابه يكديگر بوده، ولي سختي الاستيك دو حالت مذكور، متفاوت مي‌باشند. همچنين مدل تك-تيرورقي بدليل عدم درنظر گرفتن سختي قايم قاب‌هاي عرضي و اندركنش بين تيرورق‌ها قادر به پيش‌بيني صحيح زوال برشي در برخي از پانل‌هاي مياني تيرورق‌هاي داخلي نيست. در اين تحقيق همچنين اثر نقص اوليه هندسي در رفتار برشي تيرورق‌هاي با انحناي مختلف مطالعه شده است. نتايج نشان مي‌دهند كه نقص اوليه تاثيري در مقاومت برشي نهايي تيرورق‌هاي خميده نداشته ولي باعث كاهش اين مقاومت در تيرورق‌هاي مستقيم مي‌گردد. آيين‌نامه AASHTO از تاثير نقص اوليه در مقاومت برشي تيرورق‌ها صرف‌نظر مي‌نمايد.

In this study, horizontally curved steel I-girder bridges having various radii of curvatures in practical dimensions, and designed via the AASHTO standards are modeled and analyzed via the finite element software ABAQUS. The aim of these material-geometric non-linear analyses are to characterize the shear behavior, the shear failure mechanism and the shear resistance of steel I-girders in the complete bridge systems and in their equivalent single girders. Results demonstrated that the shear behavior, the ultimate shear resistance, the shear buckling resistance of single-girders and bridge system are similar; whereas the initial stiffness of the two approaches differ. Furthermore, the equivalent single-girders are incapable of predicting the correct mechanism of the shear failure in some interior panels of the bridge system; due to the negligencs of the true horizontal and vertical stiffness of cross-frames, and also due to the interaction of girders. In addition, it is shown that under a specified geometric imperfection pattern, the ultimate shear resistance of curved I-girders is insensitive to the imperfection magnitudes; whereas, the ultimate shear resistance of straight I-girders reduces with the increase of imperfection magnitudes. The AASHTO provisions however, do not require the consideration of geometric imperfections on the ultimate shear resistance of I-girders.