ـ بزرگنمایی جابجائی ها ناشی از اثرات خاک
ـ برخورد بین قاب های پل
ـ فرونشست[۱۱] کوله ها ، ستون ها
ـ زوال ناشی از عدم شکل پذیری و مقاومت خمشی
ـ کافی نبودن نیروهای طراحی
ـ مقاومت خمشی غیر قابل اعتماد ستون ها
ـ شکل پذیری خمشی ناکافی
ـ زوال برشی ستون
ـ زوال اتصالات
ـ زوال تیر سرستون[۱۲]
ـ زوال پی ها
برخی از خسارت های وارده بر پل ها در زلزله های گذشته با ذکر دلایل آن در اشکال (۲-۲) تا (۲-۸) آورده شده است.
شکل(۲-۲) خسارت پل بعلت نشیمنگاه ناکافی (راست: زلزله ۱۹۹۹ تایوان، چپ: زلزله ۱۹۹۵ کوبه) ]۱۵[
شکل(۲-۳) افزایش جابجائی ها و واژگونی پل به علت روانگرایی (زلزله ۱۹۹۵ کوبه) ]۱۵[
شکل (۲-۴) زوال ستون به علت قلاب ناکافی (زلزله ۱۹۹۴ نورتریج) ]۱۵[
شکل (۲-۵) فروریختن دهانه ها به علت چرخش پایه ها و فرونشست کوله ها (زلزله ۱۹۹۹ تایوان) ]۱۵[
شکل (۲-۶) زوال ستون پل به علت مقاومت خمشی پایین (زلزله ۱۹۷۱ سان فرناندو) ]۱۵[
شکل (۲-۷) شکست برشی ستون (زلزله تایوان)، شکست پایه بدلیل عدم شکل پذیری خمشی ]۱۵[
شکل (۲-۸) زوال ستون به علل مختلف ضعف طراحی (زلزله ۱۹۹۴ نورتریچ) ]۱۵[
۲-۵- علل عمده آسیب پذیری لرزه ای و روش های ترمیم و بهسازی پل ها
در سال های اخیر روش های بازسازی، بهسازی و مقاوم سازی به منظور اصلاح مشکلات در پل های موجود ارائه شده است. در این قسمت، بطور خلاصه عمده ترین موارد آسیب پذیری لرزه ای در پل ها و راهکارهای بهسازی آن ها آورده شده است ]۱[:
۲-۵-۱- عدم وجود نشیمنگاه کافی
باتوجه به احتمال فرو افتادن عرشه درمحل درزهای جابجایی هنگام وقوع زلزله، راهکارهایی جهت برطرف کردن این نقیصه چه از دیدگاه طراحی و چه از دیدگاه ترمیم ارائه شده است. به طور کلی این مهم را می توان به دو بخش افزایش عرض نشیمنگاه و کنترل تغییر مکان در نقاط متحرک تقسیم کرد.
۲-۵-۲- روانگرایی و فرونشست کوله ها
بعضی از سخت ترین و پرهزینه ترین روش های ترمیم مربوط به کاهش خطرات ناشی از زوال خاک می باشد. روش های کاهش خطر روانگرایی عبارتند از: متراکم کردن خاک با ارتعاش مصنوعی درحالت اشباع[۱۳] قرار دادن ستون های سنگی و کاهش تولید فشار آب حفره ای. از طرف دیگر، اثرات سازه ای روانگرایی را می توان با افزایش درجه نامعینی پل کاهش داد. در نتیجه روش های بازسازی بایستی بر این اساس باشد که روسازه به صورت پیوسته روی پایه ها درآید و حتی در صورت امکان با پایه ها به صورت یکپارچه گردد.
۲-۵-۳- زوال ستون
روشی که تاکنون بسیار مورد استفاده قرار گرفته است که شکل پذیری خمشی، مقاومت برشی و کارایی وصله پوششی را افزایش می دهد، استفاده از انواع پوشش فولادی[۱۴] بتنی و الیافFRP می باشد. برای ستون های دایروی دو تا نیم ورقه فولادی با شعاع کمی بزرگتر از ستون، دور ستون قرار گرفته و به هم جوش می شوند. فاصله بین ورق و ستون را با تزریق پر می کنند. نسبت قطر ستون به ضخامت ورقه در محدوده ۱۰۰ به ۱ تا ۲۰۰ به ۱ می باشد. پوشش فولادی مثل یک میلگرد جانبی بسیار مؤثر در افزایش محدودیت مفصل های پلاستیک و افزایش مقاومت برشی مکانیزم برش خرپایی می باشد. مقاطع غیردایروی را نیز می توان به این روش مقاوم نمود، به این ترتیب که پوشش را به شکل دایروی یا بیضوی درآورده و دور ستون ها قرار داده و فاصله بین را با بتن پر کرد ]۱۴[.
۲-۵-۴- مقاومت خمشی و برشی تیر سرستون
در این موارد بایستی مقاومت خمشی و برشی بالای سطوح نظیر تشکیل مفاصل پلاستیک ستون را افزایش داد. یکی از رایج ترین روش های مقاوم سازی، پس کشیده نمودن تیر سر ستون با بهره گرفتن از تاندون های خارجی است که در برابر بلوک های انتهایی مهار شده باشند، یا تاندون هایی که در تمام طول تیر سرستون در محفظه هایی در هسته آن ها قرار گرفته اند. پیش تنیدگی می تواند مقاومت خمشی و برشی لازم را در بسیاری از موارد با هزینه کم افزایش دهد و نیز کارآیی اتصال را افزایش دهد.
۲-۵-۵- زوال اتصالات
اتصالات ضعیف تیر- ستون یا ستون – پی ناشی از مقاومت برشی ناکافی اتصال یا مهار ناکافی میلگردهای ستون نیاز به روش های بازسازی دقیق برای تضمین کارآیی پل در مقایسه با طرح پل های جدید دارد. در بعضی موارد نیاز به برداشتن بتن اتصال و قرار دادن میلگردهای برشی اضافی در اتصال می باشد.
همچنین پیش تنیدن تیر سر ستون برای کاهش تنش های کششی اصلی در مناطق اتصال تیر-ستون استفاده می شود که شدت زوال برشی اتصال را کاهش می دهد. بازسازی اتصالات ستون - پی مشکل تر است. افزایش عمق پی با یک لایه فوقانی در بعضی موارد تنش های برشی اتصال را به میزان قابل قبولی کاهش می دهد.
در این موارد بایستی هزینه انجام این اصلاحات را برآورد کرد که ممکن است در بعضی حالات به صرفه نباشد. در بعضی موارد ممکن است که یک پل با درجه نامعینی کافی قادر به تحمل سطح مورد انتظار جابجائی های پاسخ بدون فروافتادن حتی پس از تخریب اتصال تیر- ستون یا ستون - پی باشد. در چنین مواردی بایستی دانست که ظرفیت بار مرده پل با تخریب اتصال از بین نمی رود؛ البته به این شرط که کاهش کارکرد و استفاده پل قابل تحمل باشد ]۱۴[.
۲-۵-۶- زوال پی
مثل حالت اتصالات، مقاوم سازی برای افزایش کارآیی پی ممکن است خیلی پرهزینه باشد، پس ابتدا باید دید که آیا در صورت زوال پی، پل قادر به تحمل سطح پاسخ های لرزه ای طرح می باشد. حرکت گهواره ای یا چرخش حول محور جانبی پی[۱۵] در بسیاری موارد به عنوان یک جداسازی لرزه ای قابل قبول با ظرفیت جابجائی عظیم تلقی می شود. نتیجه چنین چرخشی، محدود نمودن سطوح نیرویی در قسمت هایی از سازه به سطح قابل تحمل می باشد. وقتی بازسازی پی قابل اجتناب نباشد، معمول است که ابعاد پلان پی را به منظور افزایش پایداری حالت چرخش گهوارهای افزایش دهند وهمچنین اگر شرایط زمین اجازه دهد، شمع های محیطی اضافی احداث کنند؛ یک لایه مسلح نیز اغلب در بالای پی موجود ایجاد می شود که به منظور اتصال بین بتن جدید و قدیم، یک سری میلگردهای انتظار با فواصل کم را در آن قرار می دهند. این لایه فوقانی اضافی، همچنین سطح تنش های برشی را در اتصال پی به ستون کاهش می دهد و شرایط مهاربندی بهتری برای میلگردهای ستون ایجاد می کند.
۲-۶- جداسازی لرزه ای به عنوان یک روش مقاوم سازی
تأمین جداگرهای لرزه ای یا قطعات میراگر بخصوص در سازه موجود، می تواند کارآیی لرزه ای آن را افزایش دهد. اغلب دیده شده است وقتی روسازه واقع بر تیر سرستون توسط بالشتک ها تحمل می شود، بالشتک ها قادر به تحمل نیروها نیستند و باید تعویض شوند. بنابراین مناسب است که آن ها را با بالشتک های جداگر ویژه ای که نیرو در پایه های پل را به سطحی می رساند که در محدوده پاسخ الاستیک قابل تحمل باشد، تعویض نمود. با تنظیم مشخصه های جابجائی و مقاومت بالشتک ها در روی پایه های مختلف، می توان پاسخ لرزه ای را نیز منظم ساخت و از تمرکز خسارت در پایه های سخت کوتاه اجتناب کرد ]۱[.
در حدود سه دهه ازکاربرد جداسازی لرزه ای در پل ها می گذرد و کارایی این نوع پل ها همچنان تأیید شده است. مفهوم اصلی جداسازی لرزه ای یکی افزایش دوره تناوب سازه و دیگری افزایش میرایی سازه یا هردو با هم می باشد. این فناوری ظرف سی سال گذشته به سرعت گسترش یافت، به طوری که امروزه موارد کاربرد زیادی از آن ها در سرتاسر دنیا بویژه در زلاندنو، امریکا، کانادا، ایتالیا، ایسلند، ژاپن و تایوان مشاهده می شود. بیشترین تعداد پل در زلاند نو (بیش از ۵۰ عدد) جداسازی لرزه ای شده اند. به هر حال، تعداد پل های مجهز به جداگرهای لرزه ای که زلزله های حقیقی را تجربه کرده باشند بسیار کم است، درنتیجه، داده های ثبت شده بسیار اندکی در مورد پاسخ چنین پل هایی موجود است و کارآیی آن ها نسبت به زلزله های قوی باید در عمل اثبات شود. به هرصورت، جمع آوری و تجزیه و تحلیل داده های موجود ارزشمند می باشد ]۱[.
پل راه آهن رانگیتیکل جنوبی: اولین سازه جدا شده در زلاندنو با ساخت در سال ۱۹۷۴ است. سازه پل دارای ۶ دهانه با بتن پیش تنیده بوده و حداکثر ارتفاع در بالای رودخانه ۶۸ متر می باشد. بارهای ثقلی توسط تکیه گاه های الاستومر منتقل می شوند. کنترل جابجائی جانبی سازه با یک زوج مستهلک کننده میله ای فولادی پیچشی با مقاومت تسلیم ۴۰۰ کیلونیوتن و حرکت کل ۸۰ سانتیمتر در پای هر شمع انجام شده است ]۱[.
پل تیتیکو در زلاندنو: این پل در سال ۱۹۸۳ ساخته شد و دارای پنج دهانه از جنس بتن پیش تنیده می باشد که مجهز به بالشتک های لاستیکی- سربی روی هر پایه و بالشتک های لاستیکی روی کوله ها می باشد. این پل به علت نقص در مرحله ساخت بالشتک روی یکی از کوله ها دچار خسارت جزئی شد و یک جابجائی دائمی اندک در روسازه پدید آمد. با توجه به اینکه تحت این زلزله شدید، پل تنها خسارت اندکی دید، می توان نتیجه گرفت که عملکرد لرزه ای پل مناسب بوده است ]۱۶[.
پل سیئرا پوینت در امریکا: این پل منحنی شکل است و طول آن ۸/۱۸۴ متر و عرض آن ۱/۳۵ متر می باشد. این پل در سال ۱۹۵۶ ساخته شده است و در سال ۱۹۸۵ با بالشتک های لاستیکی- سربی بین ستون ها و روسازه مقاوم شده است. این پل زلزله ۱۹۸۹ لوما پرایتا را بدون وارد شدن خسارت به ستون ها تحمل کرد ]۱۶[.
پل ایل ریور درامریکا : این پل در سال ۱۹۸۷ با بالشتک های لاستیکی - سربی مقاوم شد. دو دهانه خرپایی پل عایق بندی شدند که هر دهانه ۹۰ متر طول دارد. این پل در معرض زلزله ۱۹۹۲ با بزرگی ۷ ریشتر و شتاب ماکزیمم زمین حدود g 55/0 قرارگرفت. خسارت های وارده به پل بسیار جزئی بوده و به فروریختن بتن در درزها محدود می شود ]۱۶[.
پل میاگاما در ژاپن : این پل در سال ۱۹۹۱ ساخته شد و دارای سه دهانه با عرشه پیوسته ازجنس تیر ورق فولادی با طول ۵/۱۰۸ متر و عرض موثر ۵/۱۰ متر بوده که با بالشتک های لاستیکی – سربی جداسازی شده است. این پل در سال ۱۹۹۱ تحت زلزله به بزرگی ۹/۴ ریشتر قرار گرفت است. براساس گزارش ها، ماکزیمم شتاب عرشه نصف ماکزیمم شتاب زمین بود و فرکانس هایی در محدوده ۳ تا ۵ هرتز توسط عایق ها با موفقیت فیلتر شدند، ولی فرکانس ۲/۱ هرتز با ضریب دو افزایش یافت. در این زلزله به علت پایین بودن شتاب زمین، رفتار غیرخطی بالشتک ها وارد عمل نشد که اگر زلزله های قوی تری رخ دهد عایق ها قطعا بهتر عمل خواهندکرد ]۱۶[.
پل ماتسونوهاما در ژاپن : این پل در سال ۱۹۹۱ ساخته شد که دارای چهار دهانه با عرشه پیوسته ازجنس فولادی با طول ۵/۲۱۱ وعرض ماکزیمم ۲۲ متر و شعاع انحنای ۵۶۰ متر می باشد، که عایق بکاررفته در آن از نوع بالشتک لاستیکی – سربی می باشد که در معرض زلزله ۱۹۹۵ کوبه با بزرگی ۲/۷ ریشتر قرار گرفته است. ماکزیمم شتاب عرشه اندکی کوچکتر از ماکزیمم شتاب بالای پایه بوده است، ولی عایق ها وارد محدوده غیرخطی شده اند که برطبق مشاهدات سیستم جداگر مطابق انتظار عمل کرده است ]۱۶[.
پل ماروکیباشی در ژاپن : این پل در سال ۱۹۹۲ ساخته شد که با بالشتک های لاستیکی – سربی عایق بندی شده است. این پل سه دهانه با عرشه پیوسته از جنس بتن پیش تنیده با طول ۸/۹۲ متر و عرض مؤثر ۱۱ متر می باشد. این پل در سال ۱۹۹۴ تحت زلزله به بزرگی ۵/۷ ریشتر قرار گرفت. ماکزیمم شتاب عرشه % ۱۱ کمتر از ماکزیمم شتاب بالای پایه بود، با این وجود ماکزیمم شتاب عرشه ۷/۱ برابر ماکزیمم شتاب زمین بود، در این زلزله نیز عایق ها در محدوده خطی باقی ماندند و جاری نشدند. بنابراین کارآیی جداسازی لرزه ای از داده های ثبت شده واضح نیست ]۱۶[.
پل یامااگه در ژاپن : این پل در سال ۱۹۹۳ ساخته شد و دارای شش دهانه با عرشه پیوسته از جنس بتن پیش تنیده با طول ۳/۲۴۶ متر و عرض موثر ۵/۱۰ تا ۵/۱۳ متر می باشد. این پل با بالشتک های لاستیکی با میرایی زیاد عایق بندی شده است. پاسخ های لرزه ای پل تحت زلزله ۱۹۹۴ هوکایدو[۱۶] با بزرگای ۱/۸ ریشتر ثبت شده است. ماکزیمم شتاب عرشه یک سوم ماکزیمم شتاب بالای پایه بوده و هیچ یک از جداگرها در محدوده غیرخطی قرار نگرفتند. آنالیز طیفی پاسخ های ثبت شده نشان می دهد که با وجود جداگرها، مؤلفه ارتعاشی با فرکانسی برابر فرکانس اساسی پایه به عرشه منتقل نشده است ]۱۶[.
پل بای هو در تایوان : همان طور که در شکل (۲-۹) مشاهده می شود، این پل سه دهانه با عرشه پیوسته از جنس بتن پیش تنیده با طول ۱۴۵ متر و عرض ماکزیمم ۱/۱۶ متر دارد که مجهز به بالشتک لاستیکی- سربی روی هر پایه و بالشتک لاستیکی با پوشش تفلون روی کوله ها می باشد. اگرچه درحین زلزله ۱۹۹۹ با بزرگی ۶ ریشتر، ساخت پل هنوز تمام نشده بود، اما پل هیچ خسارتی ندید ]۱۶[.
