رفتار استاتیکی نوع جدیدی از پل قوسی کابلی

چکیده: پل قوسی-کابلی نوع جدیدی از پل هیبریدی  بوده و توسعه آن از اهمیت مهندسی قابل توجهی برخوردار است. به منظور درک مشخصه های مکانیکی پل قوسی-کابلی، در مطالعه حاضر، یک مدل پل قوسی-کابلی ساخته شده و رفتار استاتیکی آن با استفاده از روش المان محدود  و تست آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است.

نتایج تحلیلی و آزمایشگاهی مقایسه شده و انطباق خوبی از نظر کیفی ارائه شده است. با در نظر گرفتن غیرخطی بودن هندسی و/یا مصالح پل قوسی-کابلی، پایداری خطی و غیرخطی از نظر تحلیلی مورد مطالعه بیشتر قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که کابل ها و بادبند  (برای مقابله با نیروی باد) اثر قابل توجهی بر رفتار مکانیکی پل قوسی-کابلی دارد. در مقایسه با پل قوسی، پل قوسی-کابلی دارای ظرفیت تحمل نهایی  بزرگ تر، پایداری درون صفحه و برون صفحه بهتر و نیز ظرفیت بهتری برای تحمل بارهای زنده گوناگون می باشد. چنین پل قوسی-کابلی باید دارای آینده روشنی در توسعه پل های دهانه بزرگ  داشته باشد.

- مقدمه

در دو دهه گذشته، با بهره گیری از رشد اقتصادی، ساخت پل های دهانه بزرگ در دنیا بسیار رایج بوده است. توسعه مداوم پل ها نیز به نوبه خود نقش مهمی را در بهبود اقتصاد و توسعه اجتماعی بازی می کند. پل قوسی به عنوان یکی از محبوب ترین پل ها، به طور گسترده-ای مورد استفاده بوده و از دوران باستان زیبایی و صرفه اقتصادی آن به روز رسانی شده است. به عنوان نمونه پل Zhao-Zhou واقع در چین حدود 1400 سال از سیل و زلزله و عوامل مختلف جان سالم به در برده است. موضوع مهم در رابطه با پل قوسی محدودیت آن در طول دهانه قوسی می باشد. زیرا نسبت ارتفاع-دهانه تحت تاثیر بار و با افزایش دهانه قوس، کمتر و کمتر شده و ممکن است ناپایدار شود. در واقع بزرگ ترین دهانه پل قوسی، پل Chaotianmen واقع در چین ،تنها 552 متر است، در مقایسه با پل معلق با دهانه 1991متر (پل Akashi kaikyo در ژاپن) و پل کابلی  با دهانه 1088متر (پل Sutong در چین). به منظور حل این مشکل، کارهای زیادی برای توسعه پل های هیبرید در گذشته انجام شده است. Melan و Steinman پیشنهاد یک پل معلق قوسی را ارائه داده و رفتار مکانیکی آن را مطالعه نمودند. به دنبال آن چندین پل هیبرید دیگر نیز توسعه داده شدند. این پل ها از نظر ساختار مشابه با پل قوسی کابلی بوده و تنها تفاوت آن ها این است که کابل ها در این دسته از پل ها به جای قوس بر روی عرشه  محکم می شوند. پل های هیبریدی جدید مذکور رفتارهای مکانیکی بهتری را در مقایسه با پل های قوسی سابق از خود نشان می دهند. در 2007، یک پل قوسی کابلی واقعی، پل Liancheng، در چین افتتاح شد. این پل قوسی کابلی یک سازه هیبریدی است که انعطاف پذیری کابل و صلبیت قوس را با هم ترکیب می کند. این موضوع می تواند مشکل تغییر شکل زیاد در پل  کابلی و پل  معلق با دهانه زیاد را مرتفع سازد. هنگامی که دهانه قوس افزایش داده می شود، ارتفاع قوس نیز افزایش خواهد یافت. بنابراین، پایداری قوس مشکل ساز می شود. به منظور غلبه بر این مشکل، انتهاهای پایین تر کابل های مایل بر پشت بند قوس  و انتهاهای بالایی بر برج  پل محکم می شوند. در پل های با دهانه زیاد، در مقایسه با پل قوسی، مزیت اقتصادی پل قوسی کابلی قابل رقابت می باشد زیرا هزینه فونداسیون در پل قوسی کابلی می تواند کاهش پیدا کند زیرا فونداسیون با رانش افقی کمتر در مقایسه شده با پل های قوسی می تواند تضعیف شود.

همچنین از آنجایی که سختی قوس می تواند تحت تاثیر تقسیم بار اضافی وارد بر عرشه توسط کابل ها کاهش داده شود، هزینه پشت بند قوس نیز می تواند کاهش یابد.

درک رفتار استاتیکی و دینامیکی پل ها به منظور توسعه پل بسیار حائز اهمیت می باشد. در گذشته مطالعات بسیاری به این منظور در زمینه پل قوسی، پل کابلی و پل معلق انجام شده است. با این وجود تعداد اندکی مطالعات وجود دارند که بر ساختار قوس- کابل تمرکز داشته اند. به کارایی کلی مکانیکی پل قوسی کابلی توجه محدودی شده است در حالی که درک چنین کارایی هایی در توسعه بیشتر و نیز کاربرد این دسته از پل ها از اهمیت خاصی برخوردار است. 

در مطالعه حاضر یک مدل پل قوسی کابلی ساخته شده و رفتار استاتیکی آن از جنبه آزمایشگاهی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. این مقاله به صورت زیر ساختاربندی شده است. در قسمت 2 یک مدل پل قوسی کابلی معرفی می شود. در قسمت 3 شرایط آزمایشگاهی مورد بحث قرار می گیرند. در قسمت 4 یک مدل تفاضل محدود بر پایه نقشه های طراحی ساخته می شود. در قسمت 5 تغییر شکل و تنش در برخی نقاط مهم بر روی مدل پل تحت بارهای زنده و مرده به صورت عددی و تحلیلی بررسی شده و پایداری مدل پل آنالیز می شود. در نهایت در قسمت 6 نتیجه مطالعه حاضر ارائه می شود.

- یک مدل پل قوسی-کابلی

به منظور مطالعه رفتار پل های قوسی-کابلی، یک مدل پل طراحی شده است. شکل 1 طرح بندی ساختار پل، مقاطع عرضی اصلی و نیز نقاط اندازه گیری را نشان می دهد. ساختار اصلی و ابعاد مدل پل به صورت زیر می باشد.

سازه ترکیبی ازپل قوسی و پل کابلی با دو برج (دکل) می باشد. عرشه زیر قوس اصلی توسط گیرنده های قوس نگهداری شده و سایر قسمت های دهانه اصلی توسط کابل ها و قوس های جانبی نگهداری می شوند. تمامی اعضا از فولاد Q345 سخته شده، دهانه اصلی 16 متر و دو دهانه جانبی هر کدام 8/4 متر می باشد. دکل های گلدان شکل 458/3 متر ارتفاع داشته و 74/2 متر بلندی بالای عرشه دارند.

مدل پل قوسی-کابلی مورد بحث یک پل از میان قوس بوده و قوس ها با پشت بند دوبل با درجه بالاتر از دو بدون لولا می باشند. دو عضو قوسی موازی اصلی توسط یازده مهاربند پایدار شده، شامل دو مهاربند k شکل و دو تیر متصل زیر عرشه و شش مهاربند k و یک مهاربند Ж شکل بالای عرشه. تیرهای متصل ترکیبی از تیر قوی مستطیلی فولادی و سایر مهاربندها از لوله های فولادی ساخته شده اند. طاق قوس اصلی در مجموع 988/2 متر ارتفاع دارد با ارتفاعی به اندازه 15/2 متر بالای عرشه. از پایین قوس، عمق قوس اصلی از 2/0 تا 36/0 متر تغییر کرده و فاصله بین مرکز خط دو قوس موازی 36/1متر می باشد. هر قوس اصلی یک خرپای فضایی بوده و سطح مقطع شامل شش لوله فولادی با ابعاد Φ34×2.5 (2, 1) mm و لوله های فولادی متصل می باشد.

سیستم کف قوس اصلی ترکیبی از عرشه، شاه تیر با مقطع I شکل و سخت کننده های طولی است. این تست شامل دو شاه تیر طولی جعبه ایی است. دو درز انبساطی نیز بر روی عرشه پل بین دهانه های کناری و اصلی وجود دارد. 

برای معلق نگه داشتن سیستم کف قوسی اصلی، 39 نگه دارنده سیمی فولادی به ابعاد Φ7 در هر عضو قوسی اصلی به کار گرفته شده است. در مجموع 112=28*4 کابل به ابعاد Φ6.2 وجود دارد.برخی از کابل ها بر روی عرشه با فاصله 400 میلی متر و سایرین بر روی عضو قوسی با 320 میلی متر بازه افقی مهار شده اند. لازم به ذکر است که دو کابل موازی مهارشده بر یک سطح مقطع عضو قوسی اصلی در شکل 2 نشان داده شده است. 

دکل ها در جهت طولی به صورت عمودی بوده و در جهت جانبی گلدان شکل می باشند. پایه های برج تکیه گاهای ساده عرشه جعبه های فولادی توخالی مستطیلی بوده و با سه جک جعبه فولادی توخالی، دو تا روی عرشه و یکی در زیر متصل می شود. 56 کابل روی قطعات بالایی هر دکل با فواصل 80 میلی متر مهار شده اند.

کف قوسی اصلی، سوراخ دکل و کف قوس کناری بر روی یک حاشیه مشابه هستند که بر فونداسیون شمع با 24 گمانه شمع های Φ80×5  به صورت نشان داده شده در شکل 1 تکیه زده اند. این حاشیه از بتن C50 ساخته شده است. پشت بند قوس جانبی یک قوس بدون لولای پایین تر از درجه دو با مقطع عرضی جعبه ای توخالی فولادی می باشد. پشت بند قوسی اصلی و قوس جانبی در حاشیه برای متعادل ساختن نیروهای جانبی ثابت شده اند. به عنوان میلگردهای اتصال ، چهار کابل پیش تنیده به منظور اتصال انتهاهای بالایی دو قوس جانبی بکار رفته اند. هر کابل با 8/14 کیلو نیوتن نیرو پیش تنیده شده و شامل 7 میلگرد به قطر Φ5 می باشد.

بر اساس طراحی تشریح شده، یک مدل پل ساخته شده و در شکل 3(a) نشان داده شده است. روش ساخت این پل ترکیبی از روش نصب پل قوسی و پل کابلی بوده و شامل چند گام به صورت زیر می باشد:

(1) ساخت فونداسیون و پایه ها (2) نصب قوس های جانبی بوسیله ساخت داربست (3) ساخت برج ها و تیرهای جانبی (4) کشش میلگردهای اتصال بین دو قوس جانبی  (5) بالابردن متقارن قطعات قوس، نصب کابل ها و کشش میلگردهای اتصال (6) نصب سیستم کف دهانه اصلی پس از ساخت قوس ها و (7) کشش میلگردهای اتصال و کابل ها.

5.2 آنالیز رفتار پل قوسی-کابلی تحت بارهای زنده

در جداول 5 تا 7، بازه های افزایشی تغییر شکل، تنش و نیروی کششی نقاط انتخابی در شرایط 2 تا 5 ارائه شده است. نقاط اندازه-گیری اشاره شده در جداول 5 تا 7 در شکل 1 علامت زده شده اند. نتایج بدست آمده از FEM و آزمایش، انطباق خوبی را به جز در برخی نقاط که احتمالاً با گیج های کرنش در آزمایش ها معرفی شده اند، نشان می دهند. برای آزمودن مقاومت یک فوت از قوس اصلی، بارهای زنده در ترم هایی از خط اثر ممان خمشی منفی یک فوت شرقی قوس اصلی بکار گرفته شده اند (شرایط 2). بارها منجر به یک تغییر شکل نامتقارن در قوس اصلی همان طور که در جدول 5 ارائه شده است، می شوند. حداکثر تغییر شکل 762/1 میلی متر در نقطه G جایی که بار متمرکز وارد می شود، اتفاق می افتد. تنش فشاری در نقطه A 50 درصد کاهش یافته و متناظر با موردهای تحت بار مرده در جدول 2، 7/63 درصد در نقطه I  افزایش می یابد. این امر نشان می دهد که بارهای زنده اثر مهمی بر تنش در یک فوت قوس اصلی دارد. تنش کلی فشاری 91/39 مگاپاسکال تحت بار مرده و بارهای زنده نیز در مقایسه با تنش مجاز 200 مگاپاسکال بسیار کوچک می باشند. به علاوه، واضح است که نیروهای کششی کابل ها در دهانه کناری تغییر کرده اند که نشان می دهد کابل ها بارهای زنده را با قوس تقسیم می کنند. بنابراین، قوس-کابل دارای رفتار مکانیکی خوب بوده و مقاومت یک فوت قوس اصلی به اندازه کافی برای تحمل بارهای زنده در نظر گرفته شده، بزرگ است. 

به طور کلی، مقدار تغییر شکل جانبی تاج قوس اصلی تحت تاثیر بارهای غیرعادی را می توان برای تخمین سختی برون صفحه و پایداری یک پل قوسی بکار برد. در اینجا بارهای زنده غیرعادی برای طراحی پل قوسی-کابلی بکار گرفته شده اند تا سختی خارج از صفحه و پایداری را مورد آزمایش قرار دهیم (شرایط 3). از جدول 5 مشاهده می شود که مقدار حداکثر تغییر شکل جانبی 34/0 میلی متر است که در مقایسه با دهانه پل بسیار ناچیز است که نشان می دهد، افزایش تنش فشاری قوس اصلی کوچک می باشد. از شرایط 3 در جدول 6 چنین برداشت می شود که تنش فشاری در تاج وتر بالاتر قوس اصلی بالادست 23/13 مگاپاسکال تا 14 درصد نسبت به تحت بار مرده افزایش می یابد هنگامی که تقریباً هیچ تغییری در پایین دست مشاهده نمی شود و بارهای زنده در سمت بالادست عرشه اضافه می شوند.

به علاوه، نیروی کششی MC4 تا 1/84 نیوتن، تا 5 درصد تحت بار مرده رشد می کند (جدول 7). بنابراین، کابل می تواند یک نیروی برگرداننده  هنگامی که تغییر شکل جانبی پیدا می کند، به قوس وارد کند. این نتایج نشان می دهد که کابل ها و قوس می توانند نیرو را در شرایط خطرناک تقسیم کرده و پل قوسی-کابلی دارای سختی خارج از صفحه و نیز پایداری خوبی باشد. توجه شود که اختلاف میان نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی در جدول 7 زیاد به نظر می رسند. در واقع اختلافات نسبی هنگامی که بزرگی نیروی کششی اولیه کابل را در نظر می گیریم، کوچک هستند. به عنوان مثال، برای SC10 در شرایط 2، اختلاف میان بازه های افزایشی آزمایشگاهی و تحلیلی 7/106 نیوتن و نیروی کششی اولیه این کابل 4630 نیوتن است.

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )

حالت بارهای زنده در نیمه دهانه نیز یکی از خطرناک ترین حالت های کاری برای پل های قوسی می باشد. برای تخمین ظرفیت مقاومت پل قوسی-کابلی در مقابل چنین بارهایی، در شرایط 4، بارهای زنده نیمه دهانه بر پل قوسی-کابلی در ترم هایی از خط اثر تنش خمشی طاق قوس اصلی وارد می شوند. از جدول 7 مشاهده می شود که ماکزیمم نیروی کششی در کابل SC10 اتفاق می افتد که ناشی از این است که کابل زاویه مایل بزرگی نسبت به جهت قائم داشته و دکل خمش کوچکی به سمت قوس اصلی دارد. اگر چه تغییر شکل قائم بزرگ تری نسبت به شرایط 2 وجود دارد، بازه های افزایشی تنش و نیروی کششی نقاط اندازه گیری شده در این شرایط نسبتاً کوچک هستند (جداول 6 و 7). دلیل این امر این است که کابل ها می توانند نیروی قائمی وارد کرده و بارهای زنده را با قوس تقسیم کنند. از این رو، پل های قوسی-کابلی ظرفیت مطلوبی را برای مقاومت در برابر بارهای زنده نیمه دهانه نشان  می-دهند. 

به منظور درک تغییر نیروی کششی از یک کابل مشخص تحت بار زنده و بررسی قابلیت آن در تقسیم بارها با سایر کابل ها، در شرایط 5، بارهای زنده در ترم هایی از خط اثر نیروی کششی منفی کابل MC2 وارد می شوند. در این حالت، بارهای زنده باعث می-شوند که قوس تغییر شکل نامتقارن از خود نشان دهد که منجر می شود تغییر شکل قائم به ترتیب به 62/1 - میلی متر و 13/1 میلی متر در نقاط C و  G قوس اصلی برسند. این همچنین باعث می شود که نیروی کششی کابل های مهارشده بر نیمه شرقی قوس اصلی هنگامی که تغییرات ناچیزی بر نیمه غربی متناظر با جدول 7 وارد می شود، افزایش یابد. نیروی کششی کابل MC2 تنها به 8/40 نیوتن افت می کند که کمتر از نیروی کابل های SC1 تا SC10 است این امر ناشی از  این حقیقت است که کابل های SC1 تا SC10 زاویه مایل بزرگی نسبت به جهت قائم دارند. به علاوه، بارهای زنده باعث می شوند تنش فشاری 85/17 مگاپاسکال در طرف بالاتر مقطع عرضی D افزایش یافته و 4/8 مگاپاسکال در سمت پایین تر مقطع عرضی F در جدول 6، کاهش یابند. این نتایج نشان می دهد که کابل ها می توانند نیرو را تقسیم کنند، که این موضوع در زمان تعویض یک کابل معیوب بسیار مطلوب می-باشد. 

شکل 5 بازه های افزایشی تغییر شکل، تنش و نیروی کششی در نقاط اندازه گیری اصلی را هنگامی که پل قوسی-کابلی در معرض یک بار مازاد  در شرایط 6 است، نشان می دهد. بار مازاد مذکور تا 4 برابر بارهای زنده در شرایط 2 بوده و توسط گیج بارگذاری متناظر با خط اثر نیروی محوری مقطع عرضی در یک فوتی غرب قوس اصلی وارد می شود. مشاهده می شود که تغییر شکل، تنش و نیروی کششی با افزایش بارهای زنده، افزایش می یابند. ماکزیمم مقدار بازه افزایشی تنش در نقطه D رخ می دهد. در صورتی که تنش های نقطه D تحت بار مرده را به بار مازاد اضافه کنیم، تنش کل 150 مگاپاسکال می شود که کمتر از تنش مجاز 200 مگاپاسکال است. لازم به ذکر است که در شکل 5، بازه های افزایشی تغییر شکل، تنش و بار کششی توابع خطی از بارهای زنده هستند. هنگامی که بارهای زنده حذف می شوند، هیچ تغییر شکل افزایشی پس مانده   ، تنش و نیروی کششی وجود نخواهد داشت. بر اساس تئوری خطی، نوع جدید پل قوسی-کابلی تا هفت برابر بارهای زنده در شرایط 2 را تحمل می کنند. به علاوه، اختلافاتی میان نتایج تحلیلی و آزمایشی در رابطه با نیروی کششی در کابل در شکل 5(c) در جایی که تنش های اندازه گیری شده کمتر از نتایج تحلیلی هستند، وجود دارد. با این وجود این اختلافات نسبت به نتایج تحت بار مرده همان طور که در جدول 4 نشان داده شده، بسیار اندک هستند. بنابراین نتایج تحلیلی و آزمایشگاهی از نظر کیفی انطباق خوبی داشته و ساختار جدید پل، ظرفیت باربری بالایی دارد.

- آنالیز کمانش

آنالیز کمانش پل ها یکی از مهمترین مراحل در طراحی پل محسوب می شود. در پل های قوسی-کابلی، قوس ها مهمترین اعضای فشاری هستند. بنابراین، مطالعه حاضر به طور عمده بر پایداری قوس ها تمرکز دارد. معمولاً دو دسته مسائل پایداری وجود دارد، یکی مسئله مقدار ویژه  و دیگری مربوط به تغییر شکل بزرگ اعضای سازه می باشد. دو نوع مسائل پایداری مذکور همچنین به ترتیب کمانش خطی و کمانش غیر خطی نیز نامیده می شوند. در ادامه تاثیر برخی پارامترهای کلیدی مانند نسبت گستره به دهانه، شکل و شعاع لوله بادبند، زاویه تند یا باز (غیر 90 درجه) و شعاع لوله قوس اصلی، بر کمانش خطی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. سپس کمانش غیرخطی با کمانش خطی مورد مقایسه قرار خواهد گرفت.

در آنالیز پایداری تنها بار مرده حضور داشته و اثر پیش تنیدگی به عنوان بار اولیه در نظر گرفته شده که با مقیاس بزرگ نشده است. در جدول 8 چهار درجه اول ضرایب اطمینان پایداری و شکل های مود کمانش پل قوسی-کابلی ارائه شده است. ضرایب اطمینان پایداری حداقل مقادیر ویژه بوده و شکل مود کمانش مود ناپایداری می باشد. از آنجایی که ضریب اطمینان پایداری در پل قوسی-کابلی در ارائه حاضر مشخص نیست، از کدهای مرتبط با پل کابلی استفاده می شود. با توجه به جدول 8، کمترین مقدار ضریب اطمینان پایداری بزرگ تر از 5 می باشد که الزاماتی که ضریب اطمینان پایداری باید بزرگ تر از 4 باشد را در JTJ027-96 برآورده می کند. هیچ کمانش درون صفحه ای در چهار مود اول ناپایدار وجود ندارد. کمانش خارج از صفحه در کمترین چهار شکل-های مود کمانش رخ می دهد، شکل های اول و سوم مودهای ناپایداری متقارن و موارد دوم و چهارم نامتقارن هستند. بنابریان مشابه با پل های قوسی، سختی درون صفحه ایی بزرگ تر از سختی برون صفحه ایی در پل قوسی-کابلی می باشد. 

پارامترهای اساسی اعضای سازه، که سختی خارج از صفحه را تحت تاثیر قرار می دهند، به منظور مطالعه بیشتر سختی برون صفحه ایی پل قوسی-کابلی مورد بحث قرار می گیرند. شکل 6 اثر نسبت گستره به دهانه را بر ضریب ایمنی پایداری نشان می دهد. مشاهده می شود که بهترین محدوده نسبت گستره به دهانه بین 6/0 و 9/0 بوده که در این حالت ضریب اطمینان هنگامی که سایر پارامترها ثابت هستند، بیش از 5/6 می باشد. ضریب اطمینان با افزایش نسبت به طرز چشم گیری کاهش می یابد. دلیل این امر می-تواند این باشد که صلبیت بادبند به سرعت با افزایش نسبت، کاهش می یابد. از این رو اگر بخواهیم گستره این دسته از پل ها را بهبود دهیم، صلبیت بادبند باید برای رسیدن به رفتار دینامیکی مطلوب، افزایش یابد. 

به منظور مطالعه اثرات مکان ها و اشکال بادبند بر پایداری پل، کمانش خطی پل با مکان ها و اشکال مختلف بادبند در نظر گرفته شده است. جدول 9 ضرایب پایداری و اشکال مود ناپایداری متناظر را در پل قوسی-کابلی برای پنج حالت متفاوت نشان می دهد. واضح است که هنگامی که شعاع لوله فولادی مهاربندی باد 30 درصد افزایش می یابد در حالی که سایر پارامترها ثابت هستند، ضریب اطمینان پایداری تنها 08/2 درصد افزایش می یابد. دلیل این امر می تواند بر اساس این واقعیت باشد که شعاع لوله فولادی بادبند اثر اندکی بر سختی برون صفحه ایی قوس دارد. 

به هر حال هنگامی که مهاربندی Ж شکل مرکزی حذف شده و دو مهاربند K شکل دیگر، در نزدیکی طاق به طور همزمان با مهاربندهای Ж شکل جایگزین می شوند، ضریب پایداری 27 درصد کاهش می یابد. این امر نشان می دهد که مهاربندی Ж شکل در تاج، نقش مهمی در افزایش سختی برون صفحه ایی ساختار قوسی-کابلی بازی می کند. همچنین مشاهده می شود که هنگامی که مهاربندی های K شکل به مهاربندی های Ж شکل تغییر می کنند، ضریب پایداری به 56/7 تا 2/22 درصد می رسد. این امر به این معناست که شکل بادبند به طور قابل توجهی می تواند سختی برون صفحه ایی ساختار قوسی-کابلی را افزایش دهد. بنابراین بهینه سازی شکل و محل بادبند می تواند پایداری پل قوسی-کابلی را افزایش دهد.

شکل 7 اثر زاویه تند یا باز θ پشت بند قوس اصلی را بر ضریب اطمینان نشان می دهد. باید توجه شود که ضریب اطمینان پایداری با افزایش زاویه تند یا باز وقتی که پشت بند قوس به سمت مرکز پل تمایل دارد، رشد می کند. به ویژه هنگامی که این زاویه از 0 تا 5/10 درجه افزایش می یابد، ضریب اطمینان پایداری 7/13 درصد افزایش می یابد. لازم به ذکر است که زاویه تند یا باز زیاد از حد نیز نمی تواند افزایش یابد زیرا پشت بندهای دو قوس ممکن است وقتی مقدار این زاویه به حد خاصی می رسد، به هم برسند. اثر قطر لوله قوس اصلی نیز در نظر گرفته شده و مشخص شده است که هنگامی که قطر لوله قوس اصلی از 34 به 40 میلی متر افزایش می یابد، در حالی که سایر ابعاد ثابت باشند، ضریب ایمنی پایداری تنها 4/2 درصد افزایش می یابد. صلبیت سختی برون صفحه ایی این پل، به سختی با افزایش قطر لوله قوس اصلی بهبود می یابد.

لازم است کابل ها هنگامی که قادر به نگهداری عرشه نیست اند، تعویض شوند. در اینجا اثر تعویض کابل را بر پایداری مورد بررسی قرار می دهیم. در مدل پل در نظر گرفته شده، هشت گروه کابل وجود دارد که به طور متقارن قوس را پشتیبانی می کنند. اولین گروه کابل ها نزدیک عرشه بوده و باقی دورتر از عرشه هستند. جدول 10 اثر هر گروه از کابل ها را بر ضریب ایمنی پایداری نشان می دهد.  با توجه به جدول مذکور، هنگامی که اولین گروه کابل ها حذف می شوند، ضریب ایمنی پایداری هیچ تغییری نکرده و هنگامی که هشتمین گروه گروه کابل ها حذف می شود، این ضریب 4/3 درصد کاهش می یابد. با این وجود هنگامی که تمامی کابل-ها حذف می شوند، ضریب اطمینان پایداری به طور قابل توجهی افت کرده و 28درصد کمتر از مقدار بدست آمده از مدل پل اولیه می شود. این امر بدین معناست که کابل ها می توانند سختی برون صفحه ایی پل قوسی-کابلی را بهبود بخشیده و هنگامی که یکی از کابل ها در حال تعویض است، هیچ اثر نامطلوبی وجود ندارد. 

علاوه بر این، مسئله پایداری با استفاده از مدل های غیرخطی معرفی شده در قسمت 4.2 مطالعه می شود. در این آنالیز تنها بار مرده پل در نظر گرفته شده و اثر پیش تنیدگی به عنوان بار اولیه که با مقیاس بزرگ نشده است، در نظر گرفته می شود. در جدول 11 ضرایب ایمنی پایداری بدست آمده به ترتیب با استفاده از مدل I، مدل II و مدل III ارائه شده است. مشاهده می شود که ضریب ایمنی پایداری در مقایسه با آنالیز کمانش خطی به طور چشم گیری تغییر می کند. ضریب ایمنی پایداری کاهشی از 8/10 درصد به 58/5 درصد متناظر با هندسه غیرخطی مدل و 7/37 درصد به 9/3 متناظر با مدل غیر خطی مصالح از خود نشان می دهد. اگر هندسه و مصالح غیر خطی به     طور هم زمان در نظر گرفته شود، ضریب ایمنی پایداری از 4/55 درصد به 79/2 درصد افت می-کند که همچنان بزرگ تر از 1 می باشد، (کوچکترین مقدار لازم در تقسیم بندی برای پل کابلی هنگامی که اثر غیرخطی هندسه و مصالح به طور هم زمان در نظر گرفته می شود). نتایج نشان می دهد که مدل پل قوسی-کابلی سختی برون صفحه ایی و پایداری خوبی دارد.

- نتیجه گیری

در این مقاله رفتار استاتیکی یک مدل پل قوسی-کابلی تحت بار مرده و بارهای زنده به صورت تحلیلی و آزمایشگاهی با جزئیات بررسی شده و نیز پایداری تحت بار مرده تحلیل شده است. نتایج آزمایشگاهی انطباق کیفی خوبی را با نتایج شبیه سازی شده نشان می دهند. برخی نتایج به شرح زیر خلاصه شده اند:

(1) در مقایسه با پل های قوسی خالص، پل قوسی-کابلی پایداری عرضی  و ظرفیت مکانیکی بهتری را در تحمل بارهای غیرعادی ناشی از نیروی بازگرداننده کابل ها نشان می دهند.

(2) هنگامی که بارگذاری نیمه دهانه بر پل قوسی-کابلی اعمال می شود، هیچ افزایش قابل توجهی در تغییرشکل، تنش و نیروی کششی پل قوسی-کابلی مشاهده نمی شود. این امر نشان دهنده این است که ساختار قوسی-کابلی مقاومت خوبی در برابر بارگذاری نیمه دهانه از خود نشان می دهد.

(3) هنگامی که بارگذاری مازاد (چهار برابر بیشتر از بارهای زنده) به مدل پل اعمال می شود، تنش ماکزیمم قوس اصلی بسیار کمتر از تنش مجاز و نیز بسیار کمتر از تنش تسلیم فولاد Q345 است. این امر نشان می دهد که پل قوسی-کابلی ظرفیت باربری بالایی دارد.

(4) بر اساس آنالیز کمانش خطی پل، پل قوسی-کابلی پایداری خوبی از خود نشان می دهد. بادبند اثر قابل توجهی بر کمانش برون صفحه ایی داشته و قوس دسته زنبیلی  (یا قوس تخت شده) می تواند منجر به افزایش سختی برون صفحه ایی پل شود، بدین معنا که باید در طراحی و توسعه پل های قوسی-کابلی به شکل قوس و بادبند توجه خاصی شود.

(5) هنگامی که هندسه و مصالح غیرخطی در نظر گرفته می شود، در مقایسه با شرایط کمانش خطی، ضریب ایمنی پایداری کاهش خواهد یافت. در شرایط در نظر گرفته شده در این مطالعه، ضریب ایمنی پایداری 79/2 است که بسیار بزرگ تر از 1 که معیار لازم در حالت هندسه و مصالح غیر خطی است، می باشد. همچنین نشان می دهد که پل قوسی-کابلی پایداری و سختی درون صفحه ایی بالایی دارد.

بر اساس نتایج ارائه شده در این مقاله، کابل ها اثر مهمی بر رفتار مکانیکی پا قوسی-کابلی دارند. نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی این مقاله می توانند به عنوان یک معیار خوب در توسعه بیشتر و کاربرد این دسته از پل های قوسی-کابلی در نظر گرفته شوند.

ترجمه و گردآوری: مریم موسوی

مشخصات

تهیه و ترجمه: مریم موسوی انتشارات: Elsevier سال انتشار: 2013 میلادی تعداد صفحات متن اصلی: 10 تعداد صفحات متن ترجمه: 7 تاریخ درج: ۱۳۹۴/۷/۵ منبع: دیتاسرا

خرید آنلاین فایل ترجمه

عنوان: رفتار استاتیکی نوع جدیدی از پل قوسی کابلی حجم: 1.56 مگابایت فرمت فایل: pdf قیمت: 89500 تومان رمز فایل (در صورت نیاز): www.datasara.com نرم افزارهای مورد نیاز: winrar - adobe acrobat - office

در صورتی که به هر دلیل از خرید خود رضایت نداشتید
تنها با ارسال یک ایمیل وجه خود را دریافت نمایید

دانلود فایل اصلی

عنوان: رفتار استاتیکی نوع جدیدی از پل قوسی کابلی

دانلود فایل ( فرمت: pdf - حجم: 1.56 مگابایت )

رمز فایل (در صورت نیاز): www.datasara.com

نرم افزارهای مورد نیاز: winrar - adobe acrobat - office

فایل اکسل طراحی شمع های درجاریز بتنی و محاسبه طول مورد نیاز

  فایل پیش رو اکسل طراحی شمع های درجاریز بتنی بوده که با بررسی ظرفیت باربری طول مورد نیاز آنها را محاسبه مینماید. امیدواریم دانش، تجربه و انرژی بکار گرفته شده در تهیه این مجموعه ارزشمند مورد توجه و استفاده مهندسان و علاقه مندان عزیز قرار گیرد.   ... [ ادامه مطلب ]

فایل اکسل طراحی مخزن فلزی هوایی بر اساس آیین نامه AISC با در نظر گرفتن نیروی باد و زلرله

 فایل پیش رو اکسل طراحی مخزن فلزی هوایی می باشد که بر اساس آیین نامه AISC و با در نظر گرفتن نیروی باد و زلرله محاسبات را انجام داده و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 79500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: اکسل طراحی

فایل اکسل تحلیل اتصال برشی دارای خروج از مرکزیت برای گروه پیچ

 این برنامه ظرفیت برشی اتصال پیچ و مهره ای دارای خروج از مرکزیت برای گروه پیچ را محاسبه می کند، ابزاری مناسب برای طراحی صفحات gusset و اتصالات پیچ و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 79500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: اکسل طراحی

فایل اکسل طراحی روسازی آسفالتی بر مبنای آیین نامه آشتو و استفاده از آزمایش ظرفیت باربری کالیفرنیا

 فایل پیش رو اکسل طراحی روسازی آسفالتی بر مبنای آیین نامه آشتو می باشد که با استفاده از نتایج آزمایش ظرفیت باربری کالیفرنیا CBR اطلاعات ورودی را تحلیل و نتایج را ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 79500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: اکسل طراحی

طراحی ابعاد و سازه شالوده های عمیق (شمع ها و پایه های عمیق) در خشکی

 مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 119500 تومان

 مشخصات کلی: 

صفحات متن اصلی: 27

گروه: اکسل طراحی

تحلیل غیرخطی و مدل سازی عددی تیر بتن مسلح تقویت شده با FRP توسط Finite Element Method

 "پایان نامه مهندسی عمران مقطع کارشناسی ارشد - گرایش سازه" تحلیل غیرخطی و مدل سازی عددی تیر بتن مسلح تقویت شده با FRP توسط Finite Element Method   مشخصات کلی: شامل فایلهای word و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 129500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: اکسل طراحی

بررسی پارامترهای هندسی مهاربند زانویی

 "پروژه دانشجویی مهندسی عمران" بررسی پارامترهای هندسی مهاربند زانویی   مشخصات کلی: شامل فایلهای word و pdf بالغ بر 146 صفحه (4 فصل) فهرست مطالب فصل اول 1-1- مقدمه 1-2- شکل پذیری سازه ها 1-3- مفصل و لنگر پلاستیک 1-4- منحنی ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 129500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: اکسل طراحی

شناسایی و رتبه بندی دلایل انحراف از هزینه پیش بینی شده و ارائه راهکارهای کاهش آن: مطالعه موردی پروژه های "پتروشیمی الف"

  "پایان نامه مهندسی عمران مقطع کارشناسی ارشد - گرایش مهندسی و مدیریت ساخت"   شناسایی و رتبه بندی دلایل انحراف از هزینه پیش بینی شده و ارائه راهکارهای کاهش آن: مطالعه ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 259500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: اکسل طراحی

فایل اکسل جامع طراحی دیوار حائل (با در نظر گرفتن نیروی زلزله)

فایل اکسل طراحی دیوار حائل (با در نظر گرفتن نیروی زلزله) دیوار حائل یا سازه نگهبان بنایی است که به منظور تحمل بارهای جانبی ناشی از خاکریز پشت دیوار، سازه مجاور، ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 119500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: اکسل طراحی

2 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیون تجهیزات افقی، قائم و پیت (Air Separation Units, Heat Exchangers, Drums, Pits...)

2 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیونهای تجهیزات: Air Separation Units, Heat Exchangers, Horizontal & Vertical Drums, Pits پالایشگاه ها و مجتمعهای پتروشیمی مجموعه هایی متشکل از تجهیزات گوناگون صنعتی هستند؛ تجهیزاتی ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 99500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: اکسل طراحی

دستورالعمل طراحی و محاسبه سیستم روشنایی

 مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 119500 تومان

 مشخصات کلی: 

صفحات متن اصلی: 30

گروه: دستورالعمل طراحی

تحلیل و طراحی سیستم گرمایشی ساختمان مسکونی با استفاده از ذخیره کننده های حرارتی PCM

 "پایان نامه مهندسی مکانیک مقطع کارشناسی ارشد - گرایش تبدیل انرژی" تحلیل و طراحی سیستم گرمایشی ساختمان مسکونی با استفاده از ذخیره­ کننده ­های حرارتی PCM   تهیه شده بصورت کاملا انحصاری توسط ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 449000 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

مکانیک شکست (Fracture Mechanics)

مقدمه : یکی از عمده ‌ترین مسائلی که انسان از زمان ساختن ساده‌ترین ابزارها با آن مواجه بوده است پدیده شکست در اجسام می‌باشد و درواقع برای استفاده از مواد ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 99500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

تقویت کننده ی شبه تفاضلی کلاس-AB برمبنای اینورتر CMOS برای کاربردهای HF

 Abstract This paper presents a CMOS inverter-based c1ass-AB pseudo differential amplifier for HF applications using new sim pIe rail-to-rail CMFB circuit. The proposed circuit em ploys two CMOS inverters and the ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 119500 تومان

 مشخصات کلی: 

صفحات متن اصلی: 4

صفحات متن ترجمه: 13

گروه: دستورالعمل طراحی

روش جاروب رو به عقب، برای حل پخش بار در شبکه های توزیع

 Abstract A methodology for the analysis of radial or weakly meshed distribution systems supplying voltage dependent loads is here developed. The solution process is iterative and, at each step, loads are ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 119500 تومان

 مشخصات کلی: 

صفحات متن اصلی: 10

صفحات متن ترجمه: 27

گروه: دستورالعمل طراحی

بازسازی سه بعدی و تشخیص چهره با استفاده از ICA مبتنی بر هسته و شبکه های عصبی

 Abstract Kernel-based nonlinear characteristic extraction and classification algorithms are popular new research directions in machine learning. In this paper, we propose an improved photometric stereo scheme based on improved kernel-independent component ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 129500 تومان

 مشخصات کلی: 

صفحات متن اصلی: 10

صفحات متن ترجمه: 34

گروه: دستورالعمل طراحی

جمع کننده کامل 1 بیتی زیر آستانه ای در فناوری تراشه هاى نیمه هادى اکسید فلزى تکمیلى65 نانومتری

 Abstract In this paper a new full adder (FA) circuit optimized for ultra low power operation is proposed. The circuit is based on modified XOR gates operated in the subthreshold region ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 99500 تومان

 مشخصات کلی: 

صفحات متن اصلی: 4

صفحات متن ترجمه: 11

گروه: دستورالعمل طراحی

تئوری محدودیت ها؛ ارزیابی مقایسه ای

 Abstract The worldwide economic reorganisation of the last decade has regularly been accompanied by appeals to concepts of lean manufacturing and flexible systems. These generally imply a scaling of productive and ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 99500 تومان

 مشخصات کلی: 

صفحات متن اصلی: 15

صفحات متن ترجمه: 13

گروه: دستورالعمل طراحی

روابط میان رقابت، واگذاری، تغییر سیستم های مدیریت حسابداری و عملکرد: یک مدل مسیر

 Abstract This paper is concerned with an empirical investigation into the relations among competition, delegation, management accounting and control systems (MACS) change and organizational performance. It follows a standard contingency type ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 119500 تومان

 مشخصات کلی: 

صفحات متن اصلی: 12

صفحات متن ترجمه: 25

گروه: دستورالعمل طراحی

تاثیر فناوری اطلاعات بر روی بازدهی شرکت حسابداری

 Abstract In recent years, information technology (IT) has played a critical role in the services provided by the public accounting industry. However, no empirical research has evaluated the impact of IT ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 119500 تومان

 مشخصات کلی: 

صفحات متن اصلی: 14

صفحات متن ترجمه: 22

گروه: دستورالعمل طراحی