خرابی پل ها در زلزله های گذشته
علیرضا خویه | مدرس csiBridge و SAP | بازنشر مطلب تنها با ذکر منبع مجاز می باشد.
با آگاهی از خرابی ها و آسیب پذیری های متداول پل ها در زلزله های گذشته، می توان دید خوبی نسبت به رفتار پل ها و همچنین نقاط ضعف پل های موجود پیدا کرد. با مشاهده ی این خسارت ها و خرابی ها می توان به ماهیت بندهای آیین نامه های پل سازی پی برد.
عوامل زیادی در خرابی و آسیب پذیری پل ها دخیل هستند. هر زلزله برای پل ها به منزله ی یک آزمایشگاه بزرگ تلقی شده و باعث بهبود و تغییر ضوابط آیین نامه های پل سازی می شود.
این که پل ها در چه دوره ای ساخته شده اند، اهمیت بسیاری داشته و در تخمین آسیب پذیری پل ها بسیار موثر خواهد بود. پل هایی که ضوابط کنونی آیین نامه ها را ارضا می کنند، رفتار به مراتب مناسب تری نسبت به پل های قدیمی دارند. بزرگ راه Hanshin در شهر کوبه ی ژاپن نمونه ی روشنی از اثر دوره ی زمانی ساخت پل بر خسارت وارده می باشد. پل مسیر 3 در فاصلهی سال های 1965 تا 1970 ساخته شد و به موازات این پل و در نزدیکی آن، پل مسیر5 در سال 1990 کامل شد. با وجود این که پل مسیر5 به لحاظ ساختگاهی در وضعیت بدتری وجود داشت ولی عملکرد به مراتب مناسب تری از پل مسیر3 نشان داد.
اگر بخواهیم خسارت های پل ها در زلزله های گذشته را دسته بندی نماییم می توان آن ها را در 2 دسته ی زیر قرار داد:
1. خسارت های اولیه ( Primary damage )
خسارت هایی که مستقیماً به دلیل لرزش زمین ایجاد شده اند و منجر به خرابی بخشی از پل یا کل پل شده اند
2. خسارت های ثانویه ( Secondry damage )
خسارت هایی که به دلیل خرابی سازه ای قسمت دیگری از پل تحت اثر لرزش زمین ایجاد شده اند. این خسارت ها به دلیل بازتوزیع عکس العمل داخلی روی سایر قسمت های پل به وجود آمده اند
گاهی به دلیل پیچیدگی سازه ای پل ها، شناسایی و قرار دادن خسارت ها در یکی از دو گروه بالا سخت خواهد بود
خسارت ها و خرابی هایی که در زیر به آنها پرداخته می شود از نوع اول می باشند
1-1-1 کافی نبودن طول نشیمن گاه عرشه ی پل
پل های بسیاری بوده اند که به دلیل جابه جایی نسبی بیش از طول نشیمن گاه و عدم اتصال عرشه های به یکدیگر یا پایه های پل، از تکیه گاه جداشده و به پایین افتاده اند. این قضیه به ویژه در پل هایی با زاویه بیه ، پل هایی با تعداد دهانه زیاد و پایه های مرتفع شایع تر می باشد.
پل هایی که دارای زاویه ی بیه هستند به دلیل تغییرمکان بیش از حد یک سمت نسبت به سمت دیگر در معرض سقوط هستند.
در شکل زیر دو پل در کنار هم و ویژگی های سازه ای تقریبا یکسان مشاهده می گردد. یکی از پل های که دارای زاویه بیه بود کاملا خراب شده است و پل دیگر که هیچ زاویه بیه ای ندارد بدون خرابی به سرویس دهی خود ادامه می دهند
تخریب پل به علت دارا بودن زاویه بیه
برای جلوگیری از سقوط عرشه پل، علاوه بر افزایش طول نشیمن گاه می توان عرشه را به وسیله ی کابل هایی به پایه ی پل یا به یکدیگر متصل نمود.
شکل 6 روش های مهار عرشه برای جلوگیری از فرو افتادن آن
روابط طول نشیمن گاه
آیین نامه ی آشتو روابط زیر را برای طول نشیمن گاه توصیه می کند:
(روابط بر حسب اینچ هستند)
طول نشیمن گاه برای مناطق A ، B و C
N = (8 + 0.02L + 0.08H )(1 + 0.000125S2 )
L: طول دهانه ی پل
H : ارتفاع پایه
S: زاویه ی بیه پل
طول نشیمن گاه در مناطق D
N = (4 + 1.65Δeq )(1 + 0.00025S2 )
Δeq : جابه جایی مورد تقاضای زلزله در قاب با پریود بلند
همانطور که مشاهده می شود که طول نشیمن گاه پارامتری از طول دهانه، ارتفاع پایه و زاویه ی بیه پل می باشد
آیین نامه ی پل سازی کالیفرنیا (Caltrans) روابط جداگانه ای را معرفی می کند و تاکید می کند که حداقل طول نشیمن گاه 24 اینچ باشد
1-1-2 شرایط ساختگاه و ناپایداری های ژئوتکنیکی
شکل 7 ناپایداری ژئوتکنیکی
برخی پل ها در نزدیکی گسل ها هستند یا حتی از خط گسل عبور می کنند، که این قضیه باعث پیچیدگی بیشتر رفتار لرزه ای پل می گردد. زلزله های نزدیک گسل به دلیل اثر ضربه ای، بزرگتر مولفه ی قائم نیروی زلزله و همچنین اثر تجمع امواج در معرض خطر و آسیب پذیری بیشتر ی قرار دارند .
همچنین قرار گرفتن پل در ساختگاهی که دارای خاک روان گرا می باشد یا استعداد گسترش جانبی خاک دارد نیز عامل بسیاری از خرابی های پل ها در زلزله های گذشته بوده است.
1-1-3 خرابی پایه پل ها
برخی خرابی پایه ها در پایه های بتنی به علت کافی نبودن آرماتورگذاری و خاموت گذاری یا عدم طول مهار کافی آرماتور ها ( نا کافی بودن طول وصله ها ) بوده است که منجر به رفتار ترد ستون ها بوده است.
تا پیش از سال 1971 معمولا از خاموت #4 (f = 13 mm) با فواصل 12 اینچ (305 میلیمتر) به علاوه این که انتهای خاموت ها در ناحیه هسته بتن مهار نمی شد، بدین ترتیب ناحیه محصور ضعیفی تشکیل می شد که فاقد شکل پذیری لازم بود.
شکل 8 خرابی پایه پل به علت کافی نبودن شکل پذیری
در پل های فولادی، کمانش موضعی پایه باعث خرابی پل و فروریزش آن شده است.
1-1-4 خرابی قطعات فولادی در پل های فولادی
شکل 9 کمانش اعضای قطری در پلهای فولادی
1-1-5 خرابی کوله ها
عمده مشکلات کوله ها که منجر به خرابی می شود، به دلایل زیر می باشد:
1. کافی نبودن طول نشیمن گاه
2. فاصله ی زیاد بین عرشه و دیوارپشتی[1]
1-1-6 خرابی کلید برشی
کلید های برشی که برای جلوگیری از فروافتادن عرشه تعبیه می شوند، اغلب به دلیل ضربه ی وارده از سوی عرشه بر آنها آسیب پذیر هستند.
