عملکرد مترو
مترو یکی از سازههای زیر زمینی است که با وجود شباهت فراوانی که با تونلهای کوهستانی دارد، بدلیل داشتن یک سری شرایط، نیازمند بررسی دقیقتر و در نظر قرار دادن شرایط خاص و ویژهای است.
این شرایط را میتوان بصورت زیر خلاصه نمود.
- متروها در شهرهای پرجمعیت برای حل مشکل ترافیک ساخته میشوند و معمولاً از زیر مراکز عمده تجاری و اقتصادی شهرها عبور میکنند، لذا در صورت آسیب دیدن آنها، خطرات اقتصادی و جانی فراوانی ایجاد میشود.
- بدلیل اینکه تونلها و ایستگاههای مترو، در عمق زیادی ساخته نمیشوند، لذا علاوه بر شرایط حاکم بر سازههای زیر زمینی، اثرات وارد بر سازههای سطحی نیز باید در آنها در نظر گرفته شود. بدلیل اینکه شهرها معمولاً در مکانهای مسطح و آبرفتها بنا میشوند، لذا این گونه سازهها نیز، به ناچار در لایههای رسوبی منفصل ساخته میشود که شرایط خاصی را بر این سازهها حاکم میسازد.
- در ایستگاهها و نیز قسمتهایی که چند تونل به هم میرسند، معمولاً نیاز به فضاهای با دهانه بزرگ وجود دارد که این خود آسیب پذیری این سازهها را افزایش میدهد.
- بحث اندرکنش تونل و سازهها مجاور در تونلهای مترو مطرح میشود. اتصال اجزای تاسیساتی از قبیل ترانسفورماتورهای برق و تجهیزات برودتی و حرارتی ایستگاهها رفتار سازه را تحت تاثیر قرار میدهد. با توجه به موارد ذکر شده، معلوم میشود که بررسی آسیب پذیری و نیز تحلیل و طراحی لرزهای تونلهای مترو و ایستگاههای آن از اهمیت ویژهای برخوردار است.
اندرکنش تونل و سازههای مجاور
بر اساس بررسیهای انجام شده، نتایج حاصل برای اندرکنش تونل و سازههای مجاور به صورت زیر خلاصه میشود.
- اثر اندر کنش دینامیکی بین تونل و ساختمان مجاور آن بستگی به فاصله بین تونل و ساختمان دارد و با افزایش فاصله بین ساختمان و تونل اثر اندرکنش (افزایش نیروهای داخلی تونل مجاور ساختمان نسبت به تونل تنها) کاهش مییابد و اگر فاصله بین تونل و ساختمان از ۶d (قطر تونل d) بیشتر شود وجود ساختمان، هیچ تاثیری بر نیروی داخلی ایجاد شده در تونل تحت بار زلزله نخواهد داشت.
- اثر اندرکنش دینامیکی تونل-ساختمان با افزایش فرکانس بارگذاری کاهش مییابد.
- عریضتر شدن ساختمان باعث افزایش اندرکنش بین تونل و ساختمان مجاور آن به صورت افزایش نیروهای داخلی تونل به ویژه نیروهای محوری تونل میشود.
- افزایش ارتفاع ساختمان سبب افزایش اندکی در نیروهای داخلی تونل میشود و برای موارد بررسی شده افزایش طبقات از ۶ به ۲۰ سبب افزایش حدود ۲۰ درصد در نیرو های داخلی تونل خواهد شد.
- در مجموع با توجه به بررسیهای انجام شده، وجود ساختمان مجاور تونل سبب افزایش نیروی داخلی تونل تحت بار زلزله خواهد شد که این افزایش بستگی به فرکانس بارگذاری، عمق قرار گیری تونل، ابعاد تونل، ابعاد و ارتفاع ساختمان دارد.
روشهای کاهش خسارات متروها
کاهش اثرات زمینهای آبرفتی
- با افزایش قابلیت شکل پذیری سازههای زیر زمینی میتوان تا حدودی تغییر شکلهای ناشی از زلزله را جذب نمود. البته میزان قابلیت شکل پذیری سیستم نباید به قدری باشد که قابلیت تحمل بارهای استاتیکی آن از بین برود.
- آسیب پذیرترین نقاط در سیستمهای مترو محلهای اتصال اجزای محتلف سازهای دارای سطح مقاطع مختلف به یکدیگر هستند. برای ساخت این نقاط باید از تمهیدات خاص سازهای نظیر ایجاد درزههای مناسب بین قطعات استفاده نمود.
- در محلهایی که تونل از حد فاصل بین خاک و سنگ عبور میکند باید حداقل یک یا دو فوت رسوبات خاکی و دانهای بین سطح حفاری و جدار تونل قرار داده شود تا بدیل ترتیب از ایجاد نقاط صلب در حین وقوع زلزله ممانعت بعمل آید.
- قطعاتی که بصورت صلب به سازه اصلی متصل میشوند باید طوری طراحی شوند که در جهت سازه اصلی و به همان مقدار مرتعش شوند. میتوان این قطعات را بصورت جزیی از سازه اصلی طراحی نمود.
- قطعاتی که به صورت سست به سازه اصلی متصل میشوند باید طوری طراحی شوند که بصورت یک واحد مجزا در حین زلزله عمل نمایند. اتصال آنها با سازه اصلی باید شکننده و قابل تعمیر و یا بصورت درزههای مناسب باشد.
- در تمامی درزههایی که امکان تغییر شکل پلاستیک وجود دارد باید تمهیداتی جهت ممانعت از ورود آن به سیستم در نظر گرفته شود. این درزهها را میتوان با بنتونیت پر کرد.
- در سیستمهای ایزولاسیون لرزهای با توجه به رفتار مناسب آنها در هنگام زلزله، در ستونها و سایر نقاط استفاده شود.
کاهش اثرات عبور از گسلها
بحث مربوط به کاهش خطرات ناشی از گسلها، بیان شده، ولی برای کامل شدن بحث نیز اشارهای میشود.
- حدالامکان از برخورد تونلها با گسلها خودداری شود.
- استفاده از اتصالات انعطاف پذیر در محل تقاطع با گسل
- استفاده از نقاط ضعف عمدی در تونل برای متمرکز نمودن صدمات در نقاط خاص
- افزایش سطح مقطع در محل تقاطع با گسل به اندازه جابجائی قابل انتظار ناشی از گسلش، تا بعد از گسلش نیز، سطح مقطع حاصله برابر با سطح مفید مورد نیاز باشد.
معیارهای طراحی لرزهای مترو
آیین نامه جامعی که به عنوان طراحی لرزهای تونلها و سازههای زیر زمینی باشد، وجود ندارد و در آیین نامههای مختلف فقط به طراحی در برابر بارهای استاتیکی اکتفا میشود. معیارهای طراحی لرزهای مترو بطور تقریباً جامعی تشریح شده است. بدلیل کامل بودن این معیار، کل این معیار بدون تغییر ارائه میشود.
تمام سازههای سیستم متروی باید بر اساس بزرگترین زلزله باورکردنی در منطقه طراحی شوند. زلزله طراحی باید در سنگ و خاکهای کم عمق، حداقل شتاب حداکثر افقی برابر با ۰/۳۳ برابر شتاب جاذبه داشته باشد و این مقدار برای خاکهای عمیق برابر ۰/۵ برابر شتاب جاذبه است. خاک به ارتفاع ۷۰ فوت بالای بستر سنگی به عنوان کم عمق و اعماق بیشتر به عنوان عمیق طبقه بندی میشود. حداکثر شتاب قائم باید برابر دو سوم مقدار شتاب افقی در نظر گرفته شود.
ظرفیت تغییر شکل الاستیک
ظرفیت یک قاب سازهای پیوسته، یا بتن مسلح و یا سازه فلزی برای جذب حرکت گهوارهای در محدوده الاستیک بصورت زیر برآورد میشود. بررسی مقطع سازهای، صلب ترین قسمت چهارچوب پیوسته را مشخص میکند (معمولاً پایینترین سلول خارجی). هر سلول، بصورت عمومی شامل کف و دالهای دیواره، ستونهای داخلی و لایههایی که صلبیت کافی مقاومت خمشی لازم را ندارند. ظرفیت تغییر شکل گهوارهای الاستیک ممکن است به صور%