ارزيابي لرزه‌اي پل‌هاي بتن مسلح مورب تحت اثر زلزله‌هاي نزديك گسل، با درنظرگيري اندركنش خاك و سازه - مطالعه موردي روگذر جَك تُن واقع در كاليفرنيا

Seismic Assessment of Reinforced Concrete Skewed Bridges under Near-Fault Ground Motions with Considering Soil-Structure Interaction- Case Study of Jack Tone Road On-Ramp Overcrossing Located in California

رفتار لرزه‌اي پل‌هاي مورب به عنوان ستون اصلي شبكه‌هاي حمل و نقل مدرن در بسياري از شهرها، در مقايسه با پل‌هاي مستقيم متداول به خوبي بررسي نشده است. با مطالعه زلزله‌هاي گذشته مي‌توان دريافت كه اين پل‌ها تخريبات گسترده‌اي را به دليل چرخش عرشه و به دنبال آن بلندشدگي شاه‌تيرها تحت اثرات پيچشي حاصل از تركيب پاسخ‌هاي لرزه‌اي در راستاي طولي و عرضي تجربه كرده كه اين اثر با خردشدگي موضعي بتن عرشه ناشي از كوبش دهانه‌هاي مجاور به ديوار پشتي كوله‌ قابل تشديد است. از طرفي عموماً پل‌ها بر روي فونداسيوني از نوع شمع‌هاي طويل درجاريز واقع در حفره از پيش حفاري شده به همراه سرشمع، مستقر مي‌شوند. رفتار غيرالاستيك روسازه در طول زمين‌لرزه به دليل اثر شرايط خاك نگهدارنده بر سختي زيرسازه قوياً به مقاومت خاك بستر متكي مي‌باشد. لذا هدف اصلي اين مطالعه ارزيابي حساسيت پاسخ لرزه‌اي روگذرهاي بتن مسلح مورب نسبت به تغييرات برخي از پارامترهاي سازه‌اي، به كمك مدل‌هاي تحليلي قادر به دريافت رفتار غيرخطي خاكريز-كوله و خاك- شمع تحت اثر حركات نزديك گسل زمين با پالس‌هاي قوي سرعت، مقايسه نتايج حاصل با شرايط پايه صلب و نهايتاً دريافت مناسب‌ترين شاخص شدّت حركت زمين مي‌باشد. لذا مجموعه‌اي از آناليزهاي تاريخچه زماني غيرخطي با استفاده از هفت ركورد پالس‌گونه شديد و سه مؤلفه‌اي (دو مؤلفه افقي و يك مؤلفه قائم) بر روي پل موربي واقع در كاليفرنيا، داراي دو دهانه، پايه‌اي تك ستونه و كوله‌هايي نشيمن‌دار انجام گرفته و به كمك نتايج حاصل، اثر زاويه تورب، نحوه مدل‌سازي شرايط انتهايي و مقاومت خاك محل ساختگاه بر تقاضاهاي گوناگون ارزيابي شد. به منظور بررسي اثرات مقاومت خاك بر هر يك از تقاضاها، خصوصيات مصالح خاك رُسي از محدوده نرم تا سخت و خاك ماسه‌اي از محدوده سست تا متراكم تغيير يافت. دريافت گرديد كه اكثر تقاضاها حتي با وجود تغيير نوع و مقاومت خاك، به افزايش در زاويه تورب كوله به عنوان عامل سخت‌تر شدن سازه، حساس بوده و اغلب روندي افزايشي را با افزايش اين زاويه طي مي‌نمايند. در اين ميان تقاضاي چرخشي عرشه به نحو چشمگيري تحت تأثير تغييرات زاويه تورب قرار گرفته در حالي كه در نظرگيري انعطاف‌پذيري فونداسيون به كمك مجموعه‌اي از فنرهاي غيرخطي در مدل‌سازي‌ها خصوصاً با به كارگيري روش مستقيم مبني بر مدل‌سازي كامل اجزاء سازه و بخش وسيعي از خاك محصور شده اطراف آن، عمدتاً منجر به بهبود پاسخ‌هاي لرزه‌اي نسبت به پايه صلب گرديد.

Seismic behavior of skewed bridges, the backbone of modern transportation networks, has not been well studied compared to their ordinary straight counterparts. Investigating past earthquakes, it can be evident that such bridges have experienced intensive damages specially due to girder unseating under the torsional effects of seismic responses coupling in longitudinal and transverse directions, which will be aggravated by local crushing of deck concrete due to pounding between the abutments and adjacent spans. Additionally, bridges are usually supported on Cast-In-Drilled-Hole extended pile-shafts. The inelastic behavior of the superstructure during an earthquake is profoundly dependant on soil strength due to the effect of surrounding soil properties on substructure stiffness. So, the main purpose of the present research is to evaluate the seismic responses of R.C skewed overcrossing to variations in some structural parameters by applying analytical models capturing backfill-abutment and soil-pile nonlinearities under near-fault ground motions with high-velocity pulses, especially in their strike-normal component, comparing the results with fixed-base model and finally obtain the most efficient ground motion intensity measure. A set of nonlinear time history analyses was conducted using seven pulse-like ground motions containing horizontal and vertical components on a two-span skewed bridge. Then, the effects of abutment skew angle, base condition modeling approach and soil strength on the revision of various demands were assessed and compared for both flexible- and rigid-base conditions. Furthermore, various analyses were carried out with respect to possible changes in soil properties ranging from soft to stiff for clayey and loose to dense for sandy soils besides the skew angle variations. It was observed that most of the demands, despite the changes in soil strength, were sensitive to an increase in abutment skew angle as a factor of structural stiffness and will often increase incrementally with that, but deck rotation was significantly affected by these variations. Considering foundation flexibility by a set of nonlinear springs can refine structural responses in most cases, particularly by applying Direct Method, based on precise modeling of structural components besides a vast region of encompassed soil around, which will impose an improving effect on various demands relative to the fixed-base condition.