ارزیابی عملکرد جداساز غلطکی درون قفس بر رفتار خرابی پیش‌رونده پل‌های کابلی مطالعه موردی پل کابلی بیل امرسون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 تهران-میرداماد-سیفیه شرقی- پلاک 36 طبقه سوم شرقی

2 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه کردستان سنندج، ایران،

چکیده

بروز خرابی در یک عضو سازه چنان‌چه منجر به خرابی دیگر عضوهای سازه شود، می‌تواند ایمنی سازه را تهدید نماید. این پدیده که اخیرا مورد توجه طراحان و مهندسان قرار گرفته، خرابی پیش‌رونده شناخته می‌شود. خرابی پیش‌رونده به‌خصوص در زمان وقوع زمین لرزه‌های شدید، می‌تواند پایداری سازه‌ها را به‌طور کلی مورد تهدید قرار داده و منجر به انهدام آن‌ها شود. در ‌این پژوهش سعی شده تا عملکرد پل‌های کابلی جداسازی شده با استفاده از جداسازهای نوین غلطکی درون قفس تحت بارهای لرزه‌ای حوزه‌ی نزدیک گسل و بعد از حذف یک کابل از آن مورد مطالعه قرار گیرد. به همین منظور پل کابلی جداسازی شده‌ی بیل امرسون تحت سه رکورد لرزه‌ای حوزه‌ی نزدیک و بعد از حذف یک کابل مورد بررسی قرار گرفته و تاثیر مکانیسم خودنگه‌دار جداساز غلطکی درون قفس بر ممانعت از وقوع خرابی پیش‌رونده در پل مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد استفاده از جداساز غلطکی درون قفس با مکانیسم خودنگه‌دار موجب افزایش سختی جداساز و نیروی مقاوم آن تا 10 برابر شده که کاهش نیروی کابل‌های مجاور کابل حذف شده را تا 30 درصد موجب می‌گردد. در نتیجه جابه‌جایی تحت رخداد‌های لرزه‌ای حوزه‌ی نزدیک گسل و تحت پدیده‌ی حذف کابل تا حدود 45 درصد کاهش می‌یابد. در مواردی که گسیختگی در بحرانی ترین حالت، یعنی خرابی در کابل متصل کننده‌ی انتهای عرشه به بالای پایه، مکانیسم خودنگهدار باعث جلوگیری از توسعه‌ی خرابی به کابل‌های مجاور شده‌است. این در حالی است که عدم استفاده از جداساز غلطکی درون قفس و مکانیسم خود نگه‌دار موجب گسترش خرابی و به طبع آن بروز خرابی پیش‌رونده و انهدام کامل می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Performance Assessment of the Roll-N-Cage (RNC) Isolators impacts on Progressive Collapse Behavior in Cable-Stayed Bridges

نویسندگان [English]

  • Mohammad Esmaeilnia omran 1
  • Abbas Hoseini Karani 2
1 Civil Engineering Department, Kurdistan University, Kurdistan, Iran
2 Civil Engineering Department, Kurdistan University, Kurdistan, Iran
چکیده [English]

Structural safety can be threatened by the failure of one member of the structure if it fails other members of the structure. This phenomenon, which has recently attracted the attention of designers and engineers, is known as progressive collapse. Progressive collapse, especially during a severe earthquake, could threaten the general stability of structures and lead to their collapse. This research has been aimed to investigate the performance of the isolated cable-stayed bridges with modern Rolled-N-Cage (RNC) isolators under near-fault seismic loads and after losing a cable. In this regard, Bill Emerson isolated Cable-Stayed Bridge is implemented under three near-fault seismic events and assessed the results of the cable loss. Then, the buffer mechanism of the RNC isolator and its effects against preventing the progressive collapse is evaluated on preventing progressive collapse of the bridge. The results indicate that the RNC isolator with an activated buffer mechanism appropriately decreases the permanent displacement under near-fault seismic loads. While, not using the RNC isolator and buffer mechanism, causes the damage propagation and progressive collapse of the bridge.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cable-Stayed Bridge
  • Roll-N-Cage (RNC) isolator
  • near-fault earthquake
  • Progressive Collapse
  • Cable loss
[1] H. Wibowo, D. Lau, Seismic progressive collapse: qualitative point of view, Civil Engineering Dimension, 11(1) (2009) 8-14.
[2] U. Gsa, Progressive collapse analysis and design guidelines for new federal office buildings and major modernization projects, Washington, DC,  (2003).
[3] M. Ismail, J. Rodellar, F. Ikhouane, Seismic protection of low‐to moderate‐mass buildings using RNC isolator, Structural Control and Health Monitoring, 19(1) (2012) 22-42.
[4] S.J. Dyke, J.M. Caicedo, G. Turan, L.A. Bergman, S. Hague, Phase I benchmark control problem for seismic response of cable-stayed bridges, Journal of Structural Engineering, 129(7) (2003) 857-872.
[5] P. Boroumand, M. Tehranizadeh, Response Sensitivity of Base-Isolated Steel Buildings to Near-Fault Ground Motions.
[6] F.H. Rezvani, A.M. Yousefi, H.R. Ronagh, Effect of span length on progressive collapse behaviour of steel moment resisting frames, in:  Structures, Elsevier, 2015, pp. 81-89.
[7] I. Talebinejad, C. Fischer, F. Ansari, Numerical evaluation of vibration‐based methods for damage assessment of cable‐stayed bridges, Computer‐Aided Civil and Infrastructure Engineering, 26(3) (2011) 239-251.
[8] H. Li, J. Liu, J. Ou, Seismic response control of a cable‐stayed bridge using negative stiffness dampers, Structural Control and Health Monitoring, 18(3) (2011) 265-288.
[9] A. Pipinato, C. Pellegrino, G. Fregno, C. Modena, Influence of fatigue on cable arrangement in cable-stayed bridges, International Journal of Steel Structures, 12(1) (2012) 107-123.
[10] J.-g. Cai, Y.-x. Xu, L.-p. Zhuang, J. Feng, J. Zhang, Comparison of various procedures for progressive collapse analysis of cable-stayed bridges, Journal of Zhejiang University SCIENCE A, 13(5) (2012) 323-334.
[11] M. Ismail, J. Rodellar, G. Carusone, M. Domaneschi, L. Martinelli, Characterization, modeling and assessment of Roll-N-Cage isolator using the cable-stayed bridge benchmark, Acta Mechanica, 224(3) (2013) 525-547.
[12] M. Ismail, J.R. Casas, J. Rodellar, Near-fault isolation of cable-stayed bridges using RNC isolator, Engineering Structures, 56 (2013) 327-342.
[13] S.-H. Han, W.-S. Lee, M.-S. Bang, Probabilistic optimal safety with minimum life-cycle cost based on stochastic finite element analysis of steel cable-stayed bridges, International Journal of Steel Structures, 11(3) (2011) 335.
[14] H. Li, S. Li, J. Ou, H. Li, Reliability assessment of cable-stayed bridges based on structural health monitoring techniques, Structure and Infrastructure Engineering, 8(9) (2012) 829-845.
[15] Y. Ding, A. Li, D. Du, T. Liu, Multi-scale damage analysis for a steel box girder of a long-span cable-stayed bridge, Structure and Infrastructure Engineering, 6(6) (2010) 725-739.
[16] H.R. Tavakoli, F. Naghavi, A.R. Goltabar, Effect of base isolation systems on increasing the resistance of structures subjected to progressive collapse, Earthq. Struct, 9(3) (2015) 639-656.
[17] M. Ismail, Inner pounding control of the RNC isolator and its impact on seismic isolation efficiency under near-fault earthquakes, Engineering Structures, 86 (2015) 99-121.
[18] B. Shrestha, Seismic response of long span cable-stayed bridge to near-fault vertical ground motions, KSCE Journal of Civil Engineering, 19(1) (2015) 180-187.
[19] R. Das, A. Pandey, M. Mahesh, P. Saini, S. Anvesh, Progressive collapse of a cable stayed bridge, Procedia Engineering, 144 (2016) 132-139.
[20] B. Wei, P. Wang, M. Yang, L. Jiang, Seismic response of rolling isolation systems with concave friction distribution, Journal of Earthquake Engineering, 21(2) (2017) 325-342.
[21] Y.M. Al-Anany, M.J. Tait, Fiber reinforced elastomeric isolators for the seismic isolation of bridges, Composite Structures, 160 (2017) 300-311.
[22] G. Chen, D. Yan, W. Wang, M. Zheng, L. Ge, F. Liu, Assessment of the Bill Emerson memorial cable-stayed bridge based on seismic instrumentation data,  (2007).