nx دارای 20 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد nx کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
این پروژه توسط مرکز nx2 آماده و تنظیم شده است
توجه : در صورت مشاهده بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي nx،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد
بخشی از متن nx :
معرفی پلهای كابل نشین (Cable supported Bridge) و بررسی چگونگی تحلیل استاتیكی و دینامیكی آنها و عوامل ناشناخته در تحلیل لرزه‌ای آنها
چكیدهیكی از فنی‌ترین انواع پلهای موجود، پلهای كابل‌نشین می‌باشد. تفاوت این دسته از پلها با سایر پلهای موجود در عنصر سازه‌ای، كابل آنها می‌باشد.پلهای معمولی بدون كابل بوده و مصالح كابلی در آنها بكار نمی‌رود، ولی در پلهای كابل‌نشین عضو باربر اصلی، كابل بوده و به همین علت می‌توان سختی خمشی كمتری برای عرشه درنظر گرفت. علاوه بر كابلها كه از نظر شكل، جنس و حالت ساخت به دسته‌های گوناگونی تقسیم می‌شوند، معماری و چگونگی چیدن و مرتب كردن آنها نیز گوناگون بوده و از تنوع زیادی برخوردار است.
در این مقاله در آغاز به معرفی این پلها پرداخته و سپس نكات خاص موجود در تحلیل و طراحی آنها را بررسی خواهیم كرد. این پلها از نظر دینامیكی دارای ویژگی‌های منحصر به فرد می‌باشند و با توجه به نسبت عرض به طول پایین كه كمتر از 1/0 می‌باشد، مشابه یك سازه صفحه‌ای ویژگی‌های خاص دینامیكی پلهای كابل‌نشین می‌تواند در رسته‌های نظیر اثر تكانهای غیریكنواخت زمین لرزه بر پایه‌های پل رفتار غیرخطی كابل و اثر آن بر رفتار لرزه‌ای پل تاثیر میرایی در پاسخ و تاثیر دوره تناوب بالا بر پاسخ لرزه‌ای پل بررسی می‌شوند. امواج سونامی نیز برای این نوع پلها خطرناك بوده و بررسی اجمالی در این مقاله شده است.
Method of Static and Dynamics analysis of cable supported bridges and determining of unknown factors in earthquake analysis of them
Morteza Zahedi and Mehran Fadavi
Cable supported bridges are using from cable elements for load moving from deck to soil, that with respect to materials and state of cables generate different kinds of bridges. In this paper, first, these bridges are introduced and then particular details that there are in analysis and design is considered. These bridges have particular dynamic and earthquake behaviors that in this paper are introduce.
مقدمهیكی از فنی‌ترین انواع پلهای موجود، پلهای كابل‌نشین می‌باشند، تفاوت این دسته از پلها با سایر پلهای موجود در عنصر سازه‌ای كابل آنها می‌باشد. پلهای معمول بدون كابل بوده و مصالح كابلی در آنها به كار نمی‌رود ولی در پلهای كابل‌نشین عضو باربر اصلی، كابل بوده و به همین علت می‌توان سختی خمشی كمتری برای عرضه در نظر گرفت. علاوه بر كابلها كه از نظر شكل، جنس و حالت ساخت به دسته‌های گوناگونی تقسیم می‌شوند، معماری و چگونگی چیدن و مرتب كردن
آنها نیز گوناگون بوده و از تنوع زیادی برخوردار است. یك سیستم كابلی در واقع همان نحوه آرایش و یا چیدن كابلها برای فراهم كردن یك مسیر بهینه انتقال نیروهای قائم به برجها و پایه‌های پل می‌باشد كه طراح پل با توجه به شرایط و بررسی‌های اقتصادی و سازه‌ای برمی‌گزیند، این مسیر انتقال نیرو در پلهای معلق به دو دسته اصلی و فرعی تقسیم شده و نیروهای موجود در كابلهای آویز در نهایت توسط كابل اصلی به پایه‌ها منتقل می‌شوند ولی در پلهای تركه‌ای سیستم كابلی، همگن و یكدست بوده و نیروها مستقیماً به پایه‌ها می‌رسند، در بخش‌های بعدی این نوشته به
معرفی سیستمهای كابلی و مصالح كابلی مربوطه پرداخته و مسائل خاص مربوط به تحلیل‌های استاتیكی و دینامیكی را بررسی خواهیم كرد.
معرفی انواع سیستمهای كابلی این پل‌هامزیت اصلی پلهای كابل‌نشین بر سایر پلها، بزرگ بودن دهانه اصلی این‌پل‌ها می‌باشد كه تا دهانه‌های 1500 تا 2000 متر نیز می‌رسند، این مسئله، دقت در سیستم كابلی طرح برای انتقال بهینه بارها از عرشه به برجها را می‌طلبد كه خودبخود می‌توان از این مطلب، اهمیت موضوع را درك نمود.یك پل كابل‌نشین متشكل از اعضائی چون، كوله‌ها، پایه‌ها، عرشه، برجها و سیستمهای كابلی می‌باشد كه در این میان برجها اعضای نگهدارنده سیستم كابلی بوده و در شكل نهایی این سیستم تأثیر زیادی دارند، هرچند كه عرشه نیز با توجه به بزرگی یا كوچكی عرض آن در نوع سیستم كابلی مؤثر است.طرح شماتیك یك پل كابل‌نشین در نمایه (1) نشان داده شده است در اشكال (2) و (3) و (4) نیز انواع مختلف از این سیستم دیده می‌شود. نمایه (2) دو نوع سیستم متداول در پلهای معلق و نمایه (3) نیز سه نوع سیستم مرسوم مربوط به پلهای تركه‌ای را نمایش می‌دهد. در نمایه (4) نیز تركیبی از این دو سیستم را می‌توان دید.
همانطور كه دیده می‌شود در دو سوی هر برج تعدادی از رشته‌های كابلی استفاده شده كه در پلهای معلق این كابلها به دو دسته كابلهای آویز و كابل شل تقسیم می‌شوند. در پلهای تركه‌ای انعطاف‌پذیری بیشتری برای آرایش كابلها وجود داشته و با توجه به چگونگی آرایش آنها، به سه دسته بادبزنی (Fan System)، موازی (Harp System) و تركیبی از این دو دسته تقسیم می‌شوند. در صورتی كه تعداد كابلهای پل زیاد باشد پررشته و در صورت كم بودن تعداد كابلهای آن، كم‌رشته نامیده می‌شود. این پلها از نظر تعداد دهانه‌ها نیز محدودیت نداشته و در برخی موارد در دهانه‌های متوالی ساخته می‌شوند كه در این حالت، تأمین صلبیت كافی برای برج‌های پل یكی از ضروریات طرح می‌باشد.
سیستمهای كابلی در عرض پل نیز به چهار دسته می‌توانند تقسیم شوند كه در نمایه (5) نشان داده شده كه این چهار دسته به ترتیب با دو ردیف كابل در عرض پل، یك ردیف كابل و چهار ردیف كابل در عرض عرشه است، البته اخیراً مهندسین طراح این پلها ترجیح می‌دهند كه پلهای تركه‌ای را با ردیف‌های مورب بسازند كه مقاومت بیشتری در برابر پیچش دارند [23].
كابل‌هاكابلها همانطور كه می دانیم غیرصلب می‌باشند كه از جنس فولاد با درصد كربن بالا بوده و میزان كربن در آلیاژ فولاد آن تقریباً ( 5-4) برابر فولاد معمولی است كه این افزایش كربن سبب نامناسب شدن آن برای جوشكاری می‌شود. كابلهای مورد استفاده در پلهای كابل‌نشین دارای قطری بین 5 سانتیمتر تا 0/2 متر می‌باشند. لازم است یادآوری شود كه هر كابل خود از رشته سیم‌هایی كه بیش از 5 میلی‌متر قطر دارند ساخته شده و در واقع با بافتن این سیمها به اشكال مختلف در نهایت یك كابل تشكیل می‌شود كه با توجه به چگونگی بافته شدن آن، در دسته‌های گوناگونی می‌توان آن را قرار داد. انواع مختلف كابلهای مورد استفاده در این پلها عبارتند از:
1 كابلهای با رشته‌های موازی (Parallel Strands)2. كابلهای با رشته سیمهای موازی (Parallel Wires)3. كابلهای كلاف‌بند (Locked Coil Cables)و از دیگر انواع كابلها، كابلهای ساخته شده از میله‌های فولادی گرد می‌باشد كه امروزه كاربرد بسیار كمی در این پلها دارند. شكل كلی كابلها و مشخصات سازه‌ای آنها از جدول شماره (5-2) می‌تواند استباط شود.
لازم است یادآوری شود كه كابلهای شرح داده شده، كابلهای مورد استفاده در پلهای تركه‌ای و كابلهای آویز پلهای معلق بوده و قطر آنها عموماً بین ( 20- 5) سانتیمتر می‌باشد ولی در پلهای معلق، كابلهای اصلی، دارای قطری در حدود 5/0 تا 5/1 متر بوده و متشكل از هزاران سیم ریز می‌باشند. نمونه‌ای از این كابلها در نمایه (6) نشان داده شده است. برای فشرده كردن این سیمها به یكدیگر با دستگاهی خاص آنها را دورپیچ می‌كنند، این دورپیچی با سیمهای نرم فولادی صورت می‌پذیرد و علاوه بر فشرده كردن سیمها، از خوردگی سیمها نیز جلوگیری می‌كند، البته
برای ساخت این كابلها روش دیگری نیز استفاده می‌شود در این روش برخلاف روش قبل، كابل اصلی متشكل از مجموعه‌ای از دسته سیمها می‌باشد كه به صورت آماده، كار گذاشته شده و به هم چفت می‌شوند [12].
تحلیل پلهای كابل‌نشینپل‌های كابل‌نشین با توجه به تعداد زیاد كابلهای پل، سیستم‌هایی با نامعینی بالا می‌باشند كه با محاسبات دستی قابل حل نبوده و صرفاً با ماشین‌های حسابگر قابل حل می‌باشند. بر این سازه‌ها همانند همه سازه‌های مهندسی عمران، چندین نوع بار وارد می‌شود كه این بارها، بارهای زنده، بارهای مرده (دائمی) بارهای حین ساخت پل، بارهای زمین‌لرزه، بارهای باد و در نهایت بارهای هیدرولیكی و حرارتی را شامل می‌شود.رفتار سازه تحت اثر بارهای حین ساخت سازه به ویژه هنگامی كه پل به صورت طره‌ای ساخته می‌شود حتماً باید كنترل شود. در این حالت برای هر دو دسته پلهای معلق یا تركه‌ای می‌توان فرض كرد كه هر كابل، وزن یكی از قطعات را نگهداری می‌كند، اثرات ثانویه موجود در این پلها را به هنگام اجرای پلهای تركه‌ای باید در نظر داشت و قطعات عرشه و میزان كشیدگی هر یك از كابلها باید به صورت كاملاً كنترل شده‌ای باشد. اثرات آبرفتگی و خزش نیز در سازه‌های بتنی مهم بوده و تأثیر زیادی روی نتایج نهایی دارند، خزش معمولاً به سطوح عرشه و برجها كه بارهای فشاری بزرگی دارند محدود می‌شود.در پلهای كابل‌نشین، تحلیل چندین مرحله است در اولین گام از محاسبات، اندازه‌ها و ابعاد اولیه‌ای برای عرشه، برجها و كابلها برمی‌گزینیم، در این مرحله، هدف اصلی بررسی امكان‌پذیری پروژه و برآوردی تقریبی از حجم كار و اقتصاد پروژه می‌باشد. در مراحل بعدی محاسبات نهایی صورت گرفته و مقاومت‌ها و تغییر شكلها بر اساس ابعاد نهایی طرح تعیین می‌شوند، در این مراحل در نظر داشتن اثرات ثانویه، غیرخطی بودن مصالح اثرات درازمدت و ترك‌خوردگیها از ضروریات می‌باشند.
علاوه بر تحلیل استاتیكی، تحلیل دینامیكی نیز باید انجام شود، این تحلیل عموماً تحلیل پایداری آرودینامیك پل و تحلیل مقاومت لرزه‌ای آن را در بر می‌گیرد، الگوریتم تحلیل و طراحی این پلها در نمایه (2-1) ارائه شده، این الگوریتم متفاوت با كارهای مرسوم بوده و باید با استفاده از فرایندهای تكراری به آن رسید. در این سازه‌ها اثر بارهای مرده و زنده روی هر یك از اعضا به طور مستقیم قابل محاسبه نبوده و رفتار عرشه وابسته به رفتار كابلها و برج می‌باشد، نكته قابل توجه دیگر در این
سازه‌ها ناشناخته بودن اشكال خطوط تأثیر در حالتهای پیشرفته و پركابل ( نمایه 8) می‌باشد. این خطوط به طور قابل توجهی تحت تأثیر اثرات ثانویه هستند، به همین دلیل تكرار فرایند تحلیل برای استفاده بهتر از مصالح در این پلها ضروری است، البته انجام این كار با بهره‌گیری از كامپیوترهای موجود به سادگی امكان‌پذیر می‌باشد بخصوص با توجه به این كه نوشتن برنامه‌های كمكی برای نرم‌افزارهای اصلی ممكن بوده و به راحتی می‌توان برنامه‌ای كمكی برای تحلیل تناوبی سازه نوشت.
البته لازم به ذكر است كه در هر یك از تحلیل‌های استاتیكی و یا دینامیكی تفاوتهای محسوسی با تحلیل سایر سازه‌های معمول دارند. در زیر به صورت جداگانه به آنها پرداخته می‌شود:1 تحلیل استاتیكی: در استاتیك و یا به عبارتی ایستایی یك پل كابل‌نشین یكی از مهمترین عناصر، كابلهای پل می باشند كه صرفاً در كشش مؤثر بوده و در سازه به صورت اعضای كشش طرح
می‌شوند، ولی این اعضا برخلاف سایر اعضای پل، رفتاری غیرخطی، چه از نظر هندسه و چه از نطر مصالح دارند كه همواره باید به آن توجه داشت، این رفتار در پلهای با دهانه‌های بیش از 300 متر ملموس‌تر بوده و تحلیل غیرخطی سازه پل یكی از ضروریات محاسبات پلها می‌باشد.
علاوه بر رفتار غیرخطی كابلها، عامل دیگری كه تحلیل پل را پیچیده‌تر می‌كند، وابستگی دوگانه عرشه پل به اعضای كابل و برجها می‌باشد. این وابستگی دوگانه تغییر شكل یك عضو به اعضایی غیرصلب، در تغییر شكل نهایی این عضو تأثیری مضاعف داشته و سبب تغییر شكلهای ثانویه در این اعضا می‌شوند. عوامل مؤثر در تغییر شكلهای ثانویه اثرات الاستیك كابلها، كوتاه شدگی برجها و چرخش برج به سمت دهانه اصلی می‌باشند.عموماً برای محاسبه دقیق این تغییر شكلها از یك روند تكراری استفاده می‌شود، ولی به طور كل برای طرح اولیه پل %10 از تغییر شكل حالت استاتیكی پل، به عنوان تغییر شكل ثانویه فرض شده و با این تغییر شكل جمع می‌شود.
ذكر این نكته ضروری است كه مشخص بودن مقدار تغییر شكلهای ثانویه به هنگام اجرای پل بسیار مهم می‌باشد، در واقع با توجه به افت موضعی موجود در هر یك از كابلها، قطعات پیش‌ساخته عرشه نیز به طور موضعی تغییر شكل داده و در كارگذاری قطعات بعدی عرشه مشكل ایجاد می‌شود كه در صورت مشخص بودن مقدار دقیق این تغییر شكلها اجرای پل نیز دقیق و بدون خطا بود.با توجه به موارد ذكر شده در بالا، می‌توان گفت كه تحلیل استاتیكی پل چه به صورت تحلیل خطی و یا تحلیل غیرخطی برای سه حالت باید انجام شود كه عبارتند از:1 سازه پل به طور كامل2 سازه پل بدون یكی از كابلها3 سازه پل در حین ساخت آن
در پلهای تركه‌ای با توجه به روش اجرای طره‌ای عرشه پل، عموماً حالت شماره 3 تحلیل كنترل‌كننده می‌باشد هرچند كه حالت شماره 2 نیز در برخی موارد به صورت موضعی پاسخ شدیدتری خواهد داد. البته ذكر این نكته ضروری است كه ابتدا پل برای حالت شماره 1 تحلیل و طراحی شده و سپس برای دو حالت دیگر وارسی می‌شود [256].2 تحلیل دینامیكی: انعطاف‌پذیری سازه‌های كابل‌نشین (معلق و تركه‌ای) به این سازه‌ها حساسیت ویژه‌ای در برابر بارهای دینامیكی می‌بخشد. این بارهای دینامیكی می‌تواند ناشی از باد، زمین‌لرزه و یا امواج سهمگین (سونامی) باشد و شاید بهتر باشد كه پیش از پرداختن به مبحث تحلیل، كمی با رفتار ارتعاشی این پلها آشنا شویم.
به هر حال، هر یك از عوامل بالا به نوبه خود می‌توانند در پلها ارتعاشهایی را ایجاد كنند، پژوهشگران این نوسان‌ها راعموماً به دو دسته محلی و سراسری تقسیم می‌كنند، ارتعاشات محلی، صرفاً در عناصر و اعضای كابلی پل رخ می‌دهند وكل سازه پل بدون ارتعاش می‌باشد این ارتعاشات به وسیله اثر گردبادهای ناشی از وزش باد به كابلهای آویز یا تركه‌ای ایجاد می‌شوند (نمایه 9) حال آن كه در ارتعاشات سراسری، كل پل و كابلها به نوسان درآمده و دارای مود ارتعاشی هماهنگ و منظمی می‌باشند. البته در این حالت ارتعاش محلی نیز وجود داشته و هر یك از كابلها به طور موضعی نوسان خواهند كرد.
البته همانطور كه می دانیم بار باد، بار شناخته شده‌ای بوده و می‌توان سازه پل را به گونه‌ای طرح كرد كه كمترین تأثیر را از بار باد بپذیرد. ولی به هر حال عامل زمین‌لرزه از عوامل ناخواسته و نامشخص بوده و باید پل را در برابر آن ایمن نمود. یكی از راههای كاهش ارتعاشات محلی در كابلها استفاده از رشته‌های پایدار كننده كابلها می‌باشد كه در واقع با قرار گرفتن در فواصل مشخصی، طول آزاد ارتعاشی كابلهای پل را كاهش می‌دهند. دو شكل استفاده از این رشته‌ها در نمایه (10) نمایش داده شده است.
ارتعاش‌های سراسری، برخلاف ارتعاش‌های محلی كه صرفاً ایجاد رعب و وحشت می‌كنند، ارتعاشهایی مخرب بوده كه درجه تخریب این ارتعاشات نیز به شدت بارهای اعمالی بر سازه دارد. یادآور شود كه آوردن كلمه مخرب الزاماً به معنی خراب شدن پل در جریان این ارتعاش نمی‌باشد به هر حال این ارتعاشات هنگامی به پل آسیب می‌رسانند كه پل طراحی ضعیفی داشته باشد. به هنگام رخداد این ارتعاشات كلیه عناصر پل به لرزش در می‌آیند. این نوع ارتعاش همانگونه كه گفته شد به وسیله نیروهای ناشی از باد یا زمین‌لرزه رخ می‌دهند و تحلیل مودهای گوناگون ارتعاش این پلها با استفاده از كامپیوتر امكان‌پذیر می‌باشد. در تحلیل مودها، دامنه‌های ارتعاشی كوچك فرض شده و تحلیل نیز بر اساس خطی‌سازی روابط نیرو- تغییر مكان صورت می‌پذیرد. البته باید توجه داشت كه تحلیل خطی كامل صرفاً برای پلهای تركه‌ای خودمهاری می‌تواند انجام شود. در
سیستمهای زمین مهاری (پلهای معلق) رفتار كابل اصلی كاملاً غیرخطی بوده و به این موضوع حتماً باید توجه شود.
نمونه‌ای از ارتعاش یك پل كابل‌نشین در نمایه (11) نشان داده شده است. در این پلها، عموماً اولین مود ارتعاشی، متقارن می‌باشد كه با توجه به سیستم كابلی موجود در پل، دارای تغییر شكل مودال خاص خود می‌باشد، كه در نمایه (12) به نمایش گذارده شده است. در این نمایه به ترتیب:(a) پلهای معلق با دهانه‌های كناری بلند(b) پلهای معلق با دهانه‌های كناری كوتاه(c) پل تركه‌ای با سیستم كابلی بادبزنی
(d) پل تركه‌ای با سیستم كابلی موازی و دهانه‌های كناری با پایه‌های متعدد(e) پل تركه‌ای با سیستم كابلی موازی و دهانه‌های كناری بدون پایه و برج‌های لاغر و شاه‌تیر صلب می‌باشند.البته مودهای نامتقارن اول برخلاف مودهای متقارن به دو شكل كلی نشان داده شده در نمایه (f,g- 13) بوده و موجی سینوسی می‌باشد كه با توجه به شرایط دهانه‌های كناری، در آنها نیز می‌تواند تك‌موجهایی ایجاد شود.یكی از حالتهای خطرناك زمین‌لرزه یا باد، هنگامی رخ می‌دهد كه سازه پل تركه‌ای به صورت طره‌ای در حال ساخت باشد. در این حالت كه نمایش از آن در نمایه (14) ارائه شده است پل به صورت عرضی مرتعش شده و لنگر پیچشی زیادی بر پایه و پی پل وارد می‌گردد كه در نظر داشتن این نكته برای تعبیه انعطاف‌پذیری لازم جهت پایه‌های آن ضروری است. در این مبحث با توجه به اهمیتی كه زمین‌لرزه در طرح سازه‌های مختلف دارد به طور خاص به تحلیل دینامیكی لرزه‌ای این نوع پلها پرداخته خواهد شد [34].
روشهای تحلیل دینامیكی لرزه‌ای پلهای كابل‌نشیندر مناطق و نواحی با لرزه‌خیزی بالا، همواره خطر تخریب یك سازه بر اثر نیروهای ناشی از زمین‌لرزه وجود دارد كه این نیروها با توجه به پریود ارتعاشی سازه مربوطه، نوع زمین و نسبت میرائی و در كل مشخصات ارتعاشی سازه مربوطه می‌تواند تشدید شده و یا در برخی موارد از شدت آنها كاسته شود. از این قاعده كلی، یك پل كابل‌نشین و بخصوص پلهای تركه‌ای نز مستثنا نبوده و تحلیل لرزه‌ای این نوع سازه‌ها ضروری می‌باشد. در پلهای كابل‌نشین عنصر اصل ارتعاشی، عرشه پل
می‌باشد ولی عناصر دیگری نیز در رفتار لرزه‌ای آن نقش اصلی را دارند، عناصر كابلی و نیز برج‌های یك پل حالت ارتعاشی عرشه را از یك سیستم یك درجه آزادی كه تنها دارای جرمی پیوسته در طول عرشه می‌باشد به سیستمی تعمیم یافته با تعداد زیادی از فنرهای معادل و میرایی‌های موجود در عناصر كابلی تبدیل می‌كنند و این امر سبب پیچیده شدن رفتار دینامیكی پل می‌شود كه معادله كلی حالت ارتعاشی آن به صورت زیر می‌باشد:(1) در رابطه بالا، Z(t) مختصات تعمیم یافته مربوط به حركت ارتعاشی سیستم مركب همراه با زمان بوده و مشخصه‌های ستاره‌دار نیز حالت سیستم تعمیم یافته متناظر با این حركت می‌باشد [3]. در نمایه (15) حالت ارتعاشی پل به خوبی نمایش داده شده است. این حالت را می‌توان به راحتی با تئوری اجزای محدود مدل كرد و مدلهای ارتعاشی پل و چگونگی رفتار آن را به دست آورد.البته ضروری است گفته شود كه برای تحلیل دینامیكی كلیه سازه‌ها دو روش وجود دارد كه عبارتند از تحلیل طیف بازتاب و تحلیل دینامیكی، از هر یك از این دو روش می‌توان برای تحلیل دینامیكی پلهای كابل‌نشین استفاده كرده و نتایج حاصله را تجزیه و تحلیل كرد و تئوری ارائه شده در بالا صرفاً، جهت آشنایی با چگونگی رفتار پل تركه‌ای و تفاوت آن با رفتار دینامیك مرسوم بوده است [3456].
عوامل مؤثر در تحلیل لرزه‌ای پلهای كابل‌نشیندر سازه‌های معمول و مرسوم در مهندسی عمران و بخصوص مهندسی سازه، ابعاد و یا به عبارتی طول و عرض ساختمان تقریباً برابر بوده و نسبت بعد عرض به بعد طول آن از مقدار 1 به 10 تجاوز نمی‌كند ولی در پلهای كابل‌نشین عملاً وضعیت عكس شده و در تعداد كمی از پلها، نسبت عرض به طول از مقدار 1/0 بیشتر می‌باشد، در واقع یك پل كابل‌نشین، یك سازه صفحه‌ای و با تكیهگاههای دور از هم بوده و از ویژگی‌های لرزه‌ای چنین سازه‌هایی پیروی می‌كند.
در كل، در پلهای كابل‌نشین با توجه به حالت صفحه‌ای آنها و علاوه بر آن نوع مصالح خاصی كه در آن به كار رفته است (كابلها) ویژگی‌هایی منحصر به فرد وجود دارد كه در این مبحث از مقاله به عنوان آخرین موضوع، بررسی می‌شود این ویژگی‌ها كه به ترتیب شرح داده خواهند شد عبارتند از:1) اثر تكانهای غیریكنواخت زمین‌لرزه‌ها بر پایه‌های پل و پاسخ لرزه‌ای آن.2 تأثیر رفتار غیرخطی كابل بر رفتار لرزه‌ای پلهای كابل‌نشین.3 تأثیر میرایی در پاسخ پلهای كابل‌نشین4تأثیر دوره تناوب بالا بر پاسخ لرزه‌ای پلهای كابل‌نشین
علاوه بر عوامل یاد شده، با توجه به اینكه این پلها در دهانه‌های تنگ خلیج‌ها و یا ارتباط میان جزیره‌های بزرگ نیز استفاده می‌شوند، امواج سونامی نیز برای این نوع پلها خطرناك می‌باشد كه حتماً باید به صورت مودی، بخصوص برای پلهای موجود در ژاپن برسی شوند.1) اثر تكانهای غیریكنواختدر سازه‌های معمول و مرسوم در مهندسی عمران، عموماً پایه‌های سازه یا به عبارتی ستونهای آنها به فاصله كمی از یكدیگر قرار دارند و امواج منتشره و رسیده به ستونهای سازه به صورت یكنواخت و هم‌جهت می‌باشد ولی هنگامی این فاصله افزایش می‌یابد ستونها و یا به عبارت دیگر پایه‌های سازه روی قسمتهای مختلف از یك موج لرزه‌ای مشخص قرار گرفته و دارای فازهای ارتعاشی اولیه مختلفی خواهند بود، این امر در نهایت كار سبب جابجا شدن و یا تكان خوردن
غیریكنواخت پل در جهت‌های مختلف خواهد شد. همانطور كه می‌دانید زمین‌لرزه به عنوان یك پدیده مخرب دارای جابجایی‌هایی كاملاً نامشخص می‌باشد كه علت آن نیز دخالت عوامل مختلف زمین‌شناسی در نتیجه نهایی آن و یا به عبارتی تكانها و ارزش‌های وارده بر سازه می‌باشد. به همین علت، تعیین چگونگی امواج رسیده به سازه‌ها همواره یكی از مشكل‌ترین مراحل كار در این زمینه می‌باشد.حالت موجود در این پدیده با مشاهده نمایه (16) ملموس‌تر خواهد بود، این حالت عموماً برای پلهای با دهانه بزرگتر از 500 متر تشدید شده و در این پلها با توجه به نوع موج و سرعت انتشار، هر یك از پایه‌های پل دارای فاز ارتعاشی متفاوت با سایر پایه‌های پل باشند. امواج به صورت سه بعدی بوده و می‌توانند حالت پیچشی نیز داشته باشند. البته یادآوری این نكته ضروری است كه در حالت واقعی ما تركیبی از امواج را داریم ولی به هر حال در یك زمان و لحظه معین می‌توان موج مركب حالت واقعی را تنها یك موج فرض كرد.
شدت ناهماهنگی تحریك پایه‌های پل، به چندین عامل وابسته است كه عبارتند از:• ساختار زمین میان پایه‌های پل مربوطه• نوع تحریك لرزه‌ای و یا به عبارتی نوع امواج لرزه‌ای رسیده به پایه‌های پل• سرعت انتشار امواج. یكی از مهمترین عوامل تشدید كننده این ناهماهنگی، ساختار زمین بین دو پایه اصلی پل می‌باشد در برخی موارد به ویژه هنگامی كه این فاصله از 1000 متر افزایش می‌یابد امكان وجود گسل و تغییر بافت زمین وجود داشته و عامل خطرناكی برای رفتار لرزه‌ای پل است و بحرانی‌ترین حالت آن، حالتی است كه زمین پی یكی از پایه‌های پل ارتعاشات را تشدید كرده و زمین مربوط به پایه دیگر نسبت به این مسئله بی‌تفاوت باشد. نمونه بارز مربوط به این حالت، در پل معلق دو هزار متری كوبه رخ داده است. در این زمین لرزه به علت وجود گسل‌های متعدد در لایه‌های زمین میان دو پایه
اصلی و پایه و كوله اصلی آن، سمت راست پل به اندازه یك متر در راستای طولی و 20 سانتیمتر در راستای قائم جابجا شده‌اند كه قابل توجه است. در این زلزله به سازه پل آسیب چندانی وارد نیامد كه شاید بتوان علت آن را به پایان نرسیدن عملیات ساخت آن و ساخته نشدن عرشه پل دانست. در نمایه (17)، تصویر تغییر مكان پایه‌های پل به وضوح نشان داده شده است. نوع تحریك لرزه‌ای و یا عبارتی نوع امواج لرزه‌ای وارده به پایه‌های پل نیز از اهمیت خاصی برخوردار است.امواج لرزه‌ای دارای بازگسترده‌ای از دوره تناوب و یا به عبارتی فركانس می‌باشند. هنگامی كه موج مربوطه دوره تناوب بالایی داشته باشد، جابجایی دو تكیه‌گاه تقریباً یكی بوده و به حالت عادی تحریك پایه‌ها نزدیك است ولی هنگامی كه موج دوره تناوب پائینی داشته باشد تكیهگاههای پل جابجایی‌های ناهماهنگی خواهند داشت.
سرعت انتشار امواج لرزه‌ای نیز در بی‌نظمی لرزش‌های تكیهگاههای پل تأثیر زیادی دارند هرچند كه سرعت انتشار موج خود نیز بستگی به جنس زمین دارد و این مسئله به ویژه در مواقعی كه خاك‌های محلی نقاط تكیه‌گاهی كه پل را در بر گرفته ضعیف بوده و یا متغیر باشند مهم است و اثر انتقال موج لرزه‌ای به صورت تأخیر زمانی و یا اختلاف فاز میان امواج وارده بر نقاط تكیه‌گاهی در تحلیل لرزه‌ای پل مربوطه باید در نظر گرفته شود [378].2) میزان تأثیر رفتار خطی كابلها در رفتار سازه‌ای پل
كابلها ذاتاً اعضای غیرخطی می‌باشند و در برابر نیروهای وارده بر آنها رفتاری غیرخطی از خود بروز می‌دهند. این عناصر را می‌توان از دو جهت غیرخطی دانست، یكی از نظر هندسی ودیگری از نظر مصالح. البته همواره باید توجه داشت كه پلها به هر دو روش خطی و غیرخطی قابل تحلیل می‌باشند ولی به هر حال با توجه به اینكه فرضیات خطی جوابگوی خواص اصلی كابلها نمی‌باشد، این تحلیل صرفاً در طولهای كوچك از كابلها كه این عناصر دارای افت هندسی زیادی نیستند می تواند پاسخگو باشد. البته برای تحلیل‌های استاتیكی استفاده از مدول معادله هیچگونه منعی ندارد ولی هنگامی كه پل برای دو پدیده زمین‌لرزه و باد تحلیل دینامیكی می‌شود محدودیت‌هایی برای استفاده از این مدول ایجاد خواهد شد كه ضروری است به آن توجه شود.
در تحلیل‌های دینامیكی ضروری است كه به طول دهانه توجه شود، با توجه به نتایج به دست آمده توسط پژوهشگران، عموماًٌ بازه استفاده از مدول‌های معادل برای طراح، 300 متر بوده و در صورتی كه طول دهانه بیش از این مقدار شده و تحلیل دینامیكی با استفاده از این مدول صورت گیرد، نتایج تحلیل دینامیكی پل جای شك وتردید خواهد داشت، از این رو توصیه می‌شود كه برای تحلیل دینامیكی پل و به ویژه تحلیل لرزه‌ای، برای پلهای با دهانه اصلی بیش از 300 متر تحلیل غیرخطی و برای دهانه كمتر از 300 متر برای كابلهای كشیده شده، از تحلیل خطی با استفاده از مدول معادل استفاده شود [123].
3) خصوصیات میرایی در این پل‌هامیرایی یك سازه عموماً از مشخصات و ویژگی‌های ناشناخته آن بوده و نمی‌توان مقدار دقیقی برای آن تعیین كرد. این ویژگی حتی می‌تواند برای دو زلزله كه دارای جهت‌های مختلفی می‌باشند و هر یك كانونی با فاصله متفاوت دارند نیز متغیر باشد.در پلهای كابل‌نشین، عناصر اصلی پل، كابلها می‌باشند كه عرشه را در دهانه طویلی نگه داشته و بارهای قائم مرده و زنده را از پل می‌گیرند. با توجه به این كه این عناصر، اعضایی خمش‌پذیر نبوده و دارای اتصالات قابل توجهی نیز نمی‌باشند به طور كلی پل دارای میرایی بسیار كمی خواهد بود.البته عرشه نیز در این پلها، دارای اتصالات قوی و انرژی‌گیر نبوده و كاهش نسبت میرایی را تشدید می‌كند. با توجه به دلایل بالا و نیز بررسی نتایج پژوهش‌های انجام شده در دو راستای قائم و افقی نسبت میرایی در بازه %2- 5/0 متغیر می‌باشد.
این نسبت برای پلهای تركه‌ای با سیستم بادبزنی در حدود %5/0 و برای سیستم موازی كابلی تقریباً %2 فرض می‌شود. (مراجع 3 و 9)
4) تأثیر دوره تناوب بالا بر پاسخ لرزه‌های پلهای كابل‌نشیندر مهندسی عمران، افزایش دوره تناوب سازه تا حد امكان، یكی از روشهای مقابله با نیروهای لرزه‌ای و كاهش این نیروها و یا به عبارتی بازتاب سازه می‌باشد. این موضوع به راحتی می‌تواند با مشاهده منحنی‌های طیف بازتاب استنباط شود. همانطور كه از این منحنی پیداست (نمایه 18) در دوره تناوب‌های بالای سازه و یا به عبارتی هنگامی كه زمان یك رفت و برگشت سازه مقدار بزرگی است، تغییر مكانها بزرگ بوده و از مقادیر نیروهای لرزه‌ای و یا بازتاب سازه‌ای كاسته می‌شود.
یك پل تركه‌ای، سازه‌ای صرفاً با چهار تكیه‌گاه صلب می‌باشد. در حالی كه طول ارتعاشی پل بزرگ بوده و عناصر سازه‌ای زیادی، به هنگام ارتعاش سازه به صورت الاستیك نوسان می‌كنند این وضعیت در نهایت كار، دوره تناوب پل را افزایش می‌دهد. همانطور كه می‌دانیم، دوره تناوب یك سازه با نماد (T) نمایش داده می‌شود و رابطه آن با دوره تناوب زاویه‌ای پل به صورت می‌باشد كه در نتیجه خواهیم داشت:
از رابطه بالا می‌توان استنباط كرد كه با افزایش جرم و كاهش سختی، به دوره تناوب سازه افزوده می‌شود، در یك پل، كابل‌نشین جرم مقدار معمول خود را داراست ولی سختی سازه به مقدار زیادی نسبت به پلهای مرسوم كاسته می‌شود و در نتیجه این دو عامل سبب افزایش دوره تناوب سازه خواهد شد.دوره تناوب یك پل كابل‌نشین با وجود داشتن مقداری بزرگتر به پلهای مرسوم، هنگامی كه شرایط تكیه‌گاهی آن تغییر می‌كند می‌تواند كم یا زیاد شود علاوه بر این موضوع مسئله تغییر مكان‌های بیش از حد مجاز این نوع پلها به ویژه پلهای تركه‌ای با دوره تناوب بالا حتماً باید بررسی شود. خطرات برخورد عناصر و اعضای سازه به یكدیگر ار محتمل‌ترین زیان‌های این تغییر مكانها می‌باشد كه یكی از راههای كاهش این تغییر مكانها، استفاده از دستگاه‌های میراكننده ارتعاشات می‌باشد.
نتیجه‌گیریهدف اصلی این مقاله آشنا ساختن خوانندگان و مهندسین گرامی با پلهای كابل‌نشین و چگونگی تحلیل آنها می‌باشد كه تحلیل استاتیكی و دینامیكی این سازه‌ها را در برمی‌گیرد. همانطور كه می‌دانیم تحلیل سازه دارای اصول و مفاهیم بنیادی می‌باشد كه به نوع سازه بستگی ندارد و دلیل متفاوت بودن نتایج سازه‌های مختلف، ویژگی‌های خاص مربوط به آن سازه‌ها می‌باشد، در تحلیل
استاتیكی این سازه‌ها در نظر گرفتن كلیه حالتهای بارگذاری ضروری است. در حالت دینامیكی نیز سازه پل باید به یكی از روشهای طیف بازتاب یا دینامیكی كامل، به صورت خطی یا غیرخطی تحلیل شود. البته پیش از طراحی مقدماتی سازه پل، بررسی‌های زیرسطحی و زمین‌شناسی حتماً باید انجام شده و گسل‌های فعال مابین پایه‌های پل و یا اطراف آنها شناسایی شوند. در انتهای كار طراحی پل، تعبیه میراگرهای نوسانات عرشه، برای پلهای بزرگ نیز از ضروریات می‌باشد.
واژه‌نامهپی كابل Anchor Blockروش سیم‌ریسی Air Spinningپل تركه‌ای Cable Stayed Bridgeپل كابل‌نشین Cable Supported Bridgeپل معلق Cable Suspension Bridgeپیوند كابلی Cable Anchorage
سیستم كابل بادبزنی Fan Cable Systemكابل آویز Hanger Cableسیستم كابلی موازی Harp Cable Systemرشته كلاف‌بند Srand Locked Coil سیستم كابلی پرشمار Multi Cable Systemبرج پلهای كابل‌نشین Pylonسیستم ریس مهاری Rein Chord System
مراجع
1) سازه‌های كششی – نویسنده جام ویلیام لئونارد، مترجم مهندس فریبرز برگریز فرشی – چاپ 1372 – وزارت مسكن و شهرسازی – معاونت فنی و اجرایی دفتر معیارها و برنامه‌ریزی ساختمانهای دولتی.2) بررسی چگونگی تحلیل و طرح پلهای كابلی، سمینار كارشناسی ارشد- استاد راهنما: دكترابراهیم ثنایی، گردآوری: غضنفر فدوی- بهار 1375- دانشگاه علم و صنعت ایران.4) آئین‌نامه بارگذاری زلزله پلهای ایران. سازمان برنامه و بودجه، چاپ 1375- نشریه شماره
5) Cable supported Bridge (concept & Design)
Niels. j. Gimsing – Technical university of Dwnmark . Jhon wiley & sons (1983).6) Cable stayed Bridge – Rene walther, Brenare Houriet, Welemer isler, Peirre moia, Published by Thomas telford – first published (1988).7) Effect of Ground Motion Spatial Variable on the Response of cable stayes Bridge, A.S. Nazmy & A.M Abdel Ghaffar. Earth quake Engineering & Structural Dynamics. Volume 21. isso no. 1 (1992).8) Effect of the southern Hyogo Earthquake on the Akashi – Kaikyo Bridge, K. Tada, H.Jin, M. Kitogawa, A. Nitta, R. Toriumi (structural engineering International 3/95).9) Damping characteristic of cable stayed Bridge, K. Kawashima & S. Unjoh – 10 th conf on Rotterdom (1992).10) Earthquake Resistant Design of a Long period cable- stayed Bridge, M. Kitazawa, K. Nishimori & J. Noguchi & I. Shimoda – 10th work conf. Rottrdom (1992).
نمایه(1). اجزای اصلی یك پل كابل‌نشین
نمایه(2). سیستمهای موجود از یك پل معلق: بالا، با آویزه‌های عمودی و پائین، با آویزه‌های شیبدار
نمایه (3). سیستمهای موجود از یك پل تركه‌ای: بالا، سیستم خالص بادبزنی و وسط، سیستم موازی و پائین، سیستم بادبزنی اصلاح شده
نمایه (4). سیستم تركه‌ای و معلق تركیبی
(a): سیستم بادبزن و پلان قائم از كابلها كه در لبه‌های عرشه پل قرار گرفته است.
(b): سیستم باد و پلان قائم از كابلها كه میان سه خط گذری جدا قرار گرفته‌اند.
(c): سیستم با چهار پلان كه از كابلها در لبه‌ها و بین خطوط گذری قرار گرفته‌اند.
ادامه خواندن مقاله در مورد معرفي پل‌هاي كابل نشين (Cable supported Bridge) و بررسي چگونگي تحليل استاتيكي و ديناميكي آنها و عوامل ناشناخته در تحليل لرزه‌اي
نوشته مقاله در مورد معرفي پل‌هاي كابل نشين (Cable supported Bridge) و بررسي چگونگي تحليل استاتيكي و ديناميكي آنها و عوامل ناشناخته در تحليل لرزه‌اي اولین بار در دانلود رایگان پدیدار شد.