دانلود پایان نامه ارشد عمران سازه :بررسی فروپاشی پیش رونده ی پل های خرپائی

دانلود متن کامل پایان نامه درجه کارشناسی ارشد رشته عمران گرایش سازه

با عنوان:بررسی فروپاشی پیش رونده ی پل های خرپائی

پایان­ نامه

مقطع­ کارشناسی­ ارشد

رشته: عمران

عنوان/موضوع :    بررسی فروپاشی پیش­رونده­ی پل­های خرپائی

استاد راهنما :  پروفسور غلامرضا قدرتی امیری

استاد مشاور : –

(زمستان 93)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

چکیده

پل­ها اعضای جدا نشدنی میسرهای ارتباطی هستند و در شرایط اقتصادی و اجتماعی بسیار تاثیرگذار می­باشند. گذر زمان و بارهای تصادفی از جمله مواردی هستند که سلامت پل­ها را تهدید می‌کنند. بارهای غیرعادی ناشی از حوادث طبیعی، خطاهای اجرا و برخی مسائل دیگر می­توانند باعث به­وجود آمدن فروپاشی پیش­رونده در سازه_­ها شوند، لذا تشخیص زود هنگام آسیب پل­ها می ­تواند از وقوع فجایع جلوگیری کند. از این رو، لزوم بررسی دقیق رفتار این سازه­ها در برابر فروپاشی پیش­رونده احساس می­گردد. در این پایان نامه روشی مبتنی بر بررسی فروپاشی یک پل خرپایی چند دهانه در برابر پدیده­ فروپاشی پیش­رونده با سناریوهای تشخیص و حذف اعضای بحرانی و مقایسه­­ی بین حالات مختلف حذف و همچنین تاثیر سناریوهای حذف اعضای بحرانی بر پایداری سازه­ی باقی­مانده ارائه گردیده­است. پس از شبیه­سازی مدل­های المان محدود سه بعدی، به منظور ارزیابی پتانسیل وقوع فروپاشی پیش­رونده تحت سناریوهای مختلف قرار­گرفت. با مقایسه­ نتایج حاصل از تحلیل استاتیکی­خطی، تحلیل استاتیکی غیرخطی و تحلیل دینامیکی غیرخطی طی زمان­های 5/0 ثانیه و 1 ثانیه به ارائه­ ضریب افزایش بار دینامیکی اعضای بحرانی در حالت میانگین تغییرات نیرویی برای اعضای یال بالایی و پایینی پرداخته شد. با مقایسه­ ضریب افزایش بار دینامیکی برای دو گروه اعضای کلیدی یال بالا و پایین و مقدار میانگین اعضای کلیدی در هر گروه نتیجه شد هرچه زمان ضربه اعمالی ناشی از حذف کوتاه­تر باشد، ضریب افزایش بار بزرگتر خواهد­بود، همچنین نتیجه شد که هرچه حذف عضو سریع­تر انجام شود، ضریب افزایش بار افزایش می­یابد.

كلمات كلیدی فارسی : فروپاشی پیش­رونده ، ناحیه بحرانی ، پل خرپائی، ضریب افزایش بار

فهرست مطالب

فصل 1: 1

مقدمه و کلیات  1

1-1- مقدمه.. 2

1-2- ضرورت تحقیق.. 5

1-3- هدف تحقیق.. 6

1-4- شیوه تحقیق.. 7

1-5- ساختار پایان نامه .. 7

فصل 2: 10

ادبیات و پیشینه­ی تحقیق  10

2-1- مقدمه.. 11

2-2- تعریف آسیب سازهای.. 11

2-3- تعریف فروپاشی پیش­رونده.. 11

2-4- بارهای غیرعادی.. 12

2-4-1- انفجار گاز.. 13

2-4-2- انفجار بمب.. 14

2-4-3- ضربه­ی ناشی از برخورد.. 15

2-4-4- آتش سوزی.. 15

2-4-5- خطای ساخت.. 16

2-5- مفاهیم اولیه در فروپاشی پیش­رونده.. 16

2-6- تاریخچه پیدایش استانداردهای مربوط به فروپاشی پیش­رونده   17

2-7- ترکیب بارهای فروپاشی پیش رونده در استانداردها   19

2-7-1- ترکیب بار شامل بارگذاری­های نامشخص.. 19

2-7-2- ترکیب بارهای اسمی با بهره گرفتن از تنش مجاز طراحی   20

2-7-2-1- ترکیب بارهای مبنا.. 20

2-7-3- ترکیبات بار برای حوادث فوق­العاده و استثنائی   20

2-7-3-1- ظرفیت تحمل بار.. 21

2-7-3-2- ظرفیت باقیمانده.. 21

2-7-3-3- شرایط ثبات و پایداری سازه.. 21

2-8-ترکیبات بارگذاری مورد نیاز درتحلیل فروپاشی پیش­رونده   22

2-9- بررسی انواع فروپاشی پیش­رونده در سازه­ها.. 23

2-9-1- فروپاشی پنکیکی.. 23

2-9-2- فروپاشی دومینویی.. 25

2-9-3- فروپاشی زیپی.. 25

2-9-4- فروپاشی برشی.. 27

2-9-5- فروپاشی ناشی از ناپایداری.. 27

2-9-6- فروپاشی ترکیبی.. 28

2-10- فروپاشی پیش­رونده پل­ها.. 29

2-10-1- فروپاشی ناشی از گسیختگی تکیه­گاه.. 29

2-10-2- فروپاشی ناشی گسیختگی موضعی.. 32

2-11- روش های تحلیل سازه­ها در مقابل فروپاشی پیش­رونده   34

2-11-1- تحلیل استاتیکی الاستیک خطی.. 34

2-11-2- تحلیل استاتیکی غیرخطی.. 35

2-11-3- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی الاستیک خطی   36

2-11-4- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی.. 37

2-12- روش­های مقابله با فروپاشی پیش­رونده در پل­ها   38

2-12-1- کنترل حادثه.. 39

2-12-2- طراحی غیرمستقیم.. 39

2-12-3- مقاومت موضعی مشخصه.. 40

2-12-4- مسیر بار جایگزین.. 40

2-12-5- جداسازی.. 40

2-13- تاریخچه­ی فروپاشی پیش­رونده.. 41

فصل 3: 44

روش تحقیق  44

3-1- مقدمه.. 45

3-2- مدل تحلیلی.. 47

3-2-1- کلیاتی پیرامون نمونه­ی آزمایشگاهی.. 47

3-2-1- صحت­سنجی مدل آزمایشگاهی.. 50

3-2-2- نحوه مدل­سازی.. 51

3-3- بارگذاری.. 55

3-4- تعیین اعضای کلیدی.. 57

3-5- نتیجه­گیری.. 62

فصل 4: 64

محاسبات و یافته­ ها  64

4-1- مقدمه.. 65

4-2- معیار انتخاب سناریوی حذف اعضای کلیدی.. 65

4-3- تعیین روش تحلیل مناسب.. 71

4-3-1- اثر حذف اعضای B10 و B9. 71

4-3-2- اثر حذف اعضای T4 و T5. 74

4-4- ضریب افزایش دینامیکی.. 77

فصل 5: 80

نتیجه­گیری و پیشنهادات  80

5-1-مقدمه.. 81

5-2- نتیجه­گیری.. 81

5-3- ارائه پیشنهادات.. 82

منابع و مآخذ………………………………………………………………………………………………….  83

فهرست اشکال

شکل (1-1) فروپاشی پیش رونده پل [6] I-35W… 4

شکل (1-2) فروپاشی پیش رونده پل جیاندونگ جینگ جیانگ [7]   4

شکل (1-3) فروپاشی پیش رونده پل جیاندونگ جینگ جیانگ [8] 5

شکل (2-1) تاریخچه زمانی فشار ناشی از انفجار گاز [12]   13

شکل (2-2) تاریخچه زمانی فشار ناشی از انفجار : (a فاصله 1 متر، (b فاصله 5 متر، (c فاصله 10 متر[12].. 14

شکل (2-3) ساختمان آلفرد پ. مورا قبل از انفجار و بعد از انفجار[18].. 18

شکل (2-4) مراحل فروپاشی پیش رونده پنکیکی [27].. 24

شکل (2-5) فروپاشی برجهای دو قلو در اثر فروپاشی پیش رونده پنکیکی [28].. 24

شکل (2-6) مراحل فروپاشی پیش رونده دومینوئی[27].. 25

شکل (2-7) مراحل فروپاشی پیش رونده زیپی[27].. 26

شکل (2-8) فروپاشی پیش رونده زیپی پل کابلی[26].. 26

شکل (2-9) فروپاشی پیش رونده برشی اسلیپر پیش تنیده [29]   27

شکل (2-10) مراحل فروپاشی پیش رونده ناشی از ناپایداری[27]   28

شکل (2-11) فروپاشی پیش رونده ترکیبی ساختمان مورا [26]   28

شکل (2-12) فروپاشی پیشرونده پل کوآنگ دونگ در اثر آسیب دیدگی پایه میانی[7].. 30

شکل (2-13) فروپاشی پیشرونده پل هانگجو در اثر حذف ناگهانی ستون موقت[5].. 31

شکل (2-14) فروپاشی پیشرونده پل بآیهوا در اثر آسیب دیدگی ستونهای آن [7].. 31

شکل (2-15) فروپاشی پیشرونده پل کبک در اثر کمانش مهارهای جانبی آن[7].. 32

شکل (2-16) فروپاشی پیشرونده پل زایاوتانمن در اثر گسیختگی مهارهای آن[7].. 33

شکل (2-17) فروپاشی پیشرونده پل پرچم سرخ در اثر تخریب غیر اصولی[7].. 33

شکل (3-1) ابعاد هندسی نمونه آزمایشگاهی[35].. 48

شکل (3-2) نمونه آزمایشگاهی پل خرپائی [35].. 48

شکل (3-3) تکیه گاه های نمونه آزمایشگاهی (a) تکیه گاه غلتکی و (b) تکیه گاه مفصلی.. 50

شکل (3-4) شکل مدلسازی پل خرپایی در حالت نیمرخ پل.. 51

شکل (3-5) شکل مدلسازی شده در نمای 3 بعدی از پل خرپایی   52

شکل (3-6) مشخصات و جنس مصالح.. 52

شکل (3-7) نحوه تعریف سطح مقطع ( 2x25x50 ). 53

شکل (3-8) مشخصات مصالح سطح مقطع ( 3×30 ). 53

شکل (3-9) مشخصات سطح مصالح ( 6/1×20 ). 54

شکل (3-10) مشخصات مفصل پلاستیک محوری.. 55

شکل (3-11) بارگذاری غیرخطی با در نظر گرفتن اثر تغییر شکل­های بزرگ……………………………….56

شکل (3-12) سناریوهای حذف اعضای یال پائینی(گروه اول)    59

شکل (3-13) شاخص تغییرات گروه اول.. 59

شکل (3-14) سناریوهای حذف اعضای یال بالائی(گروه دوم).. 59

شکل (3-15) شاخص تغییرات گروه دوم.. 60

شکل (3-16) سناریوهای حذف اعضای قائم(گروه سوم).. 60

شکل (3-17) شاخص تغییرات گروه سوم.. 61

شکل (3-18) سناریوهای حذف اعضای مورب(گروه چهارم).. 61

شکل (3-19) شاخص تغییرات گروه چهارم.. 62

شکل (4-1) سناریوهای حذف اعضای یال پائینی.. 67

شکل (4-2) پارمترهای آماری  اعضای سازه در گروه اول سناریوی آسیب.. 67

شکل (4-3) سناریوهای حذف اعضای یال بالائی.. 68

شکل (4-4) پارمترهای آماری  اعضای سازه در گروه دوم سناریوی آسیب.. 68

شکل (4-5) سناریوهای حذف اعضای قائم.. 69

شکل (4-6) پارمترهای آماری  اعضای سازه در گروه سوم سناریوی آسیب.. 69

شکل (4-7) سناریوهای حذف اعضای مورب.. 70

شکل (4-8) پارمترهای آماری اعضای سازه در گروه چهارم سناریوی آسیب.. 70

شکل (4-9) بیشینه میزان تغییرات نیرویی در اعضای کلیدی یال پائینی   72

شکل (4-10) مفدار میانگین نیرویی اعضای کلیدی در اعضای یال پائینی   72

شکل (4-11) میزان واریانس نیروها در اعضای کلیدی یال پائینی   73

شکل (4-12) میزان انحراف معیار نیروها در اعضای کلیدی یال پائینی   73

شکل (4-13) بیشینه میزان تغییرات نیرویی در اعضای کلیدی یال بالائی   75

شکل (4-14) مفدار میانگین نیرویی اعضای کلیدی در اعضای کلیدی یال بالائی.. 75

شکل (4-15) بیشینه میزان تغییرات نیرویی در اعضای کلیدی یال بالائی   76

شکل (4-16) بیشینه میزان تغییرات نیرویی در اعضای یال بالائی   76
فهرست جداول

جدول (2-1) ترکیبات بارگذاری آئین نامه ها در ارزیابی پتانسیل فروپاشی پیش رونده سازه ها. 31

جدول (3-1) تاریخچه ی فروپاشی پیش رونده پل ها به همراه میزان تلفات و برآورد خسارت ناشی از آسیب وارده به پل. 53

جدول (3-2) مشخصات اجزای خرپا. 58

جدول (3-3) جدول مربوط به صحت سنجی فرکانسهای 3 مد اول  64

جدول (4-1) برنامه ریزی آزمایشهای انجام شده برای عضو ; 80

جدول (4-2) برنامه ریزی آزمایشهای انجام شده برای عضو شمارهی 49  81

مقدمه و کلیات

• مقدمه

پس از جنگ جهانی دوم صنعت ساخت و ساز به شدت در سراسر جهان توسعه یافت. با این وجود، گذر زمان و وجود عوامل مختلف داخلی و خارجی باعث می­شود که اجزای سازه دچار آسیب شده و سازه تحت بارهای بهره برداری دچار مشکلات جدی و حتی انهدام شود. در نظر گرفتن تمامی جوانب در طراحی و کشف زود هنگام و اقدام مناسب در جهت رفع آسیب­های می ­تواند از فروپاشی فاجعه بار سازه جلوگیری کند. از این رو، در دهه­های اخیر تحقیقات فراوانی در زمینه­ شناسایی آسیب در سازه­ها صورت گرفته است.

خطوط ارتباطی و سازه­های زیر بنایی نقش اساسی در تمامی کشورها دارند و سالیانه هزینه­ های فراوانی صرف ساخت و نگهداری آن­ها می­شود. در این میان، پل­ها نقش کلیدی در شرایط اقتصادی، اجتماعی و سیاسی یک کشور ایفا کنند. از این رو، در سال­های اخیر میزان توجه به پایش سلامتی پل­ها به شدت افزایش یافته است، زیرا نیاز اساسی به ارزیابی شرایط بسیاری از پل­ها در جهان احساس می­شود. مطالعات نشان می­دهد که بیش از 40 درصد از پل­های موجود در کانادا نیازمند ترمیم و مقاوم سازی هستند[1]. از میان 57000 پل بزرگراهی موجود در آمریکا در سال 1997، 187000 مورد از آن­ها معیوب گزارش شده و بیان شده که سالیانه به میزان 5000 پل دیگر به این تعداد اضافه می­شود[2]. در سال 2001 عنوان شد که ژاپن دارای 147000 پل می­باشد که زمان ساخت اکثر آن­ها به پیش از سال 1980 بر­می­گردد. بنابراین بسیاری از آن­ها به شدت به نگهداری نیاز دارند[3].

با توجه به قرار­گیری ایران در یک منطقه­ی لرزه ­خیز، وقوع زلزله­های متعدد می ­تواند سبب بروز آسیب­های شدید در انواع مختلف سازه­ها شود. علاوه بر این ترافیک روزانه و افزایش آن می ­تواند عاملی برای آسیب­دیدگی پل­ها باشد. همچنین طول عمر بسیاری از پل های موجود در کشور، به بیش از 30 سال می­رسد. از طرفی میزان ساخت انواع مختلف پل در ایران رو به افزایش است. در نتیجه نگهداری و کنترل پل­ها می ­تواند نقش موثری در کشور ارائه کند[4].

یک پدیده نادر اما بسیار زیانبار در سازه­ها، پدیده فروپاشی پیش­رونده[1] است. این پدیده، اثر دینامیکی حاصل از گسترش و توسعه متوالی گسیختگی اولیه در یک سازه، که نشان دهنده عدم تطابق شدید بین عامل به وجود آورنده و فروپاشی شدید است، می­باشد. عامل به وجود آورنده فروپاشی پیش­رونده، یک عامل موضعی و متمرکز مانند عدم مقاومت موضعی است که سبب بروز یک پدیده فاجعه بار می­شود [5].

به علت وقوع حوادث غیر قابل پیش بینی از قبیل زلزله، انفجار، برخورد و تصادف و نیز کاهش احتمالی ظرفیت سازه در اثر گذر زمان و تاثیر این عوامل بر وقوع فروپاشی پیش­رونده در پل­ها، بررسی اثرات تقویت اجزای سازه­ای بر مقاومت در برابر فروپاشی پیش­رونده مورد توجه قرارگرفته است. مطالعات گذشته نشان می­دهد که مقاوم­سازی لرزه­ای سازه، می ­تواند سبب مقاومت سازه در برابر فروپاشی پیش­رونده در مواجهه عوامل غیرعادی شود. در مقابل، افزایش شکل­پذیری، می ­تواند سبب تسریع در مکانیسم فروپاشی پیش­رونده شود[4, 5].

یکی از حوادث معروف در زمینه فروپاشی، فروپاشی پل خرپایی فولادی I-35W بر روی رودخانه می­سی­سی­پی، واقع در ایالت مینه سوتا[2]، در ایالات متحده آمریکا می­باشد. همانطور که در شکل (1-1) مشهود است، این پل به طور ناگهانی، در یکم اوت سال 2007 دچار فروریزش شد و 13 کشته و بیش از 100 زخمی قربانی این حادثه شدند. گزارش بررسی عوامل فروریزش پلI-35W نشان می­دهد که بار مرده­ی عرشه چند بار به خاطر تعمیر و تقویت دال افزایش یافته بود و ضخامت گاست پلیت­های بکار رفته در پل نیز تنها نیمی از ضخامت مقدار طراحی شده بود. علاوه بر این، در روز سقوط، مصالح ساختمانی و ماشین آلات سنگین نیز بر روی پل جهت تعمیر و نگهداری وجود داشتند. این عوامل، سبب فروپاشی پل I-35W شده­اند[6].

• فروپاشی پیش­رونده پل [6] I-35W

با توجه به شکل (1-2)، در سال 2007، در چین، برخورد یک کشتی باری با پایه پل جیاندونگ جینگ جیانگ[3]، سبب فروپاشی چهار دهانه مجاور پایه گردید. بررسی­های نشان می­دهد که نیروی برخورد کشتی، بیش از نیروی مجاز طراحی بوده و در نتیجه سبب آسیب دیدگی پایه پل شده است. در اثر این آسیب، نیروهای داخلی تغییر کرده و نیروهای باز توزیع شده بیش از ظرفیت پایه­ های کناری بوده و در نتیجه آن، فروپاشی پیش­رونده رخ داده است[7].

• فروپاشی پیش رونده پل جیاندونگ جینگ جیانگ [7]

نمونه ­ای دیگر از فروپاشی پیش رونده در پل بای­هوآ[4] در شکل (1-3) در اثر زلزله ونچوآن[5] اتفاق افتاده است. در این پل در اثر آسیب تکیه­­گاه­ها، عرشه پل به همراه تغییر شکل­های پیچشی دچار فروریزش شده است[7, 8].

• فروپاشی پیش رونده پل جیاندونگ جینگ جیانگ [8]

• ضرورت تحقیق

تامین امنیت جانی انسان­ها و وسایل نقلیه­ی عبوری از روی پل­ها و همچنین حفظ سلامت سازه­ی پل و همچنین جلوگیری از بروز حوادث احتمالی همچون نشست در اثر وزن سازه، ایجاد ترک در سازها و یا فروپاشی قسمتی از سازه به علت پوسیدگی، فرسودگی، خوردگی، خطای ساخت، برخورد وسایل عبوری رو یا زیر پل و یا برخورد با پایه­ پل، انفجار و یا حملات تروریستی و موارد مشابه، به یکی از مسائل حائز اهمیت در زمینه ساخت و نگهداری پل­ها، که شامل پل­های خرپایی و یا کابلی معلق تبدیل شده است. راهکارهای مختلفی برای حل اینگونه مشکلات توسط محققیق ارائه شده است. اما یکی از مسائل مهم در زمینه­ پل­های خرپائی، حذف ناگهانی یک یا چند عضو از اعضای پل در اثر یک عامل خارجی می­باشد که سبب فروپاشی بخشی از پل شده و یا گاهی به صورت پدیده­ فروپاشی پیش­رونده ظاهر گشته و منجر به فروریزش کل پل می­گردد. امروزه آیین­نامه­ها و به خصوص، آیین­نامه­ی طراحی پل­ها و سازه­های معلق در برابر فروپاشی پیش­رونده در سراسر دنیا با ارائه راهکارهای ویژه طراحی، در جهت کاهش احتمال فروپاشی پیش­رونده، این ضعف­ها را تا حدودی پوشش داده­اند. با این وجود، همواره طراحی با ضرایب اطمینان بالا مقرون به صرفه نمی­باشد. لذا در این پایان نامه تلاش شده است که به ارائه­ روشی کاربردی در جهت شناخت اعضای بحرانی و تقویت آن­ها به منظور کاهش احتمال فروپاشی پیش­رونده­ی پل پرداخته شود.

[1] Progressive Collapse

[2] Minnesota

[3] Guangdong Jiujiang

[4] Biahua

[5] Wenchuan

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

تعداد صفحه :102

قیمت : 14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :       

*         asa.goharii@gmail.com