هدف عمده طراحي لرزه اي پل ها اين است كه آنها بتوانند قابليت بهره برداري خود را پس از زلزله هاي شديد حفظ نمايند. اين قابليت به فلسفه طراحي و همچنين شاخص عملكرد باز مي گردد. در طراحي پل ها ، آنها را به گروه هاي اهميت مختلف تقسيم بندي كرده و بر حسب دوره بازگشت زلزله ، ضريب خطري به آنها اختصاص مي يابد. در كشورهاي مختلف از آيين نامه هاي متفاوتي براي طراحي لرزه اي پل ها استفاده مي شود .
سطوح زلزله تعريف شده در آيين نامه ها
آيين نامه هاي لرزه اي آمريكا[3],[2],[1] : اين آيين نامه ها بطور كلي دو سطح زلزله را تعريف مي نمايند. يكي زلزله هاي كوچك كه احتمال اينكه در طول عمر مفيد پل، زلزله اي بزرگتر از آن اتفاق بيافتد، ناچيز است و احتمال رخداد زلزله هاي شديدتر از آنها در طول 50 سال ، 10% است.دومين دسته زلزله هاي بزرگ هستند كه احتمال رخداد آن در طول عمر مفيد سازه ناچيز است.
آيين نامه ژاپن[ 4] : اين آيين نامه نيز بر حسب احتمال رخداد زلزله آنها را به دو دسته زلزله هاي ضعيف و زلزله هاي شديد تقسيم ميكند. زلزله هاي ضعيف، زلزله هايي هستند كه احتمال اينكه در طول عمر بهره برداري پل اتفاق بيافتد، بسيار زياد است و زلزله هاي شديد زلزله هايي هستند كه احتمال رخداد آن در همين عمر ناچيز است.
آيين نامه اروپا[ 5] : اين آيين نامه نيز بر حسب احتمال رخداد زلزله در طول عمر مفيد پل آنها را به دو دسته زلزله هاي كوچك و زلزله هاي بزرگ تقسيم مي كند. زلزله هاي كوچك، زلزله هايي هستند كه احتمال اينكه در طول عمر بهره برداري پل اتفاق بيافتد، بسيار زياد است و زلزله هاي بزرگ زلزله هايي هستند كه احتمال رخداد آن در همين عمر ناچيز است.
رويكرد طراحي
آيين نامه هاي آشتو ، كاليفرنيا و اروپا : براي زلزله هاي كوچك ، عملكرد سازه به صورت الاستيك باقي بماند و براي زلزله هاي بزرگتر جزئيات بيش مقاومتي و شكل پذيري رعايت گردد (يك سطح طراحي داريم).
توصيه هاي ATC-32 و آيين نامه ژاپن : براي پل هاي با اهميت زياد ، طراحي بوسيله ضريب لرزه اي انجام مي گيرد و سپس اين طراحي براي شكل پذيري و تغييرات احتمالي كه در طراحي رخ خواهد داد ، كنترل مي شود(دو سطح طراحي داريم). براي پل هاي با اهميت معمولي . براي زلزله هاي كوچك ، عملكرد سازه به صورت الاستيك باقي بماند و براي زلزله هاي بزرگتر جزئيات بيش مقاومتي و شكل پذيري بايد رعايت گردد .
مقاوم سازی با CFRP و بازرسی پل گراندال استکهلم سوئد
پل گراندال پلی بزرگ ( با تیر جعبه ای با بتن پیش تنیده ) است که تقریبا 400 متر طول دارد و دهانه آزاد آن 120 متر است . این پل ها برای حمل ونقل ریلی در سال 2000 افتتاح شد . در طی بازرسی های متداول ترک هایی در جان تیر مشاهده شد که در حال افزایش بود . بیشترین اندازه بازشدگی ترک 0.5 میلیمتر بود .
پل بر اساس استاندارد BRO 94 و BBK 94 سوئد طراحی شده بود که به طراحان اجازه می داد پل ها را با جان بسیار نازک طراحی کنند در نتیجه تنش برشی و تنش های اصلی نسبتا زیاد در اثر ضخامت کم جان تولید شد . بار ثابت روی سازه حاکم بود .
تحقیقات اولیه معلوم کرد که علت ترک ها کمبود آرماتور برشی در جان تیر است . اندازه ضخامت و ارتفاع تیر در محل تکیه گاه معادل 350 میلیمتر و 7.5 متر بود .
دلیل اصلی ترک عبارت بودند از :
الف ) جان نازک
ب ) کمبود میلگرد در مقطع
پل در چندین مقطع در هر دو حالت حدی نهایی و حالت حدی سرویس اما در مقاطع متفاوت مقاوم سازی شد . مقاوم سازی در قالب حالت حدی نهایی با DYWIDAG پیش تنیده و سپس با ورق های CFRP انجام شد . علت بهسازی در حالت حدی سرویس توقف ترک های موجود و جلوگیری از گسترش آن بود .
هجل و نورلینگ (2002) نشان دادند که تقویت پل بدون تعطیلی آن ممکن است ؛ این فعالیت ها در حالی انجام شد که آمد و شد بر روی پل جریان داشت . ورق ها در °70 نسبت به افق متصل شدند تا در راستای عمود نسبت به راستای ترک ها قرار گیرند .
سیستم نظارت نصب شده در پل از بکارگیری ابزار زیر تشکیل شده بود :
1- دستگاه اندازه گیری تغییر مکان خطی ( LVDT ) برای تحت نظر داشتن دائمی پیشرفت ترک در دراز مدت .
2- حسگر های الیاف نوری ( FOS ) به منظور :
1- نظارت دوره ای بر پیشرفت ترک ها و تغییرات کرنش ناشی از دما و بار زنده ترافیک .
2- تجربه استفاده از حسگر های FOS در شرایط محیطی .
علاوه بر استفاده از این دو روش نظارت ، دو ترموکوپل یکی در داخل و دیگری در خارج جان تیر شرقی پل نصب گردید . نتایج سال اول نظارت حاکی از آن بود که مقاوم سازی جان تیر ظاهرا موفقیت آمیز انجام شده است چرا که ترک های جان شاه تیر جعبه ای هیچ علامتی از رفتار پیش رونده از خود نشان ندادند .
