اثرات تخریبی زلزله بر پل
زلزلههای شدید اتفاق افتاده در دهه ۹۰ میلادی در آمریکا، ژاپن، تایوان و ترکیه، آسیبهای عمدهای به پلها وارد آوردند. روشهای طراحی پلها برای زلزله و ایجاد شکل پذیری مناسب در اعضای آنها از اوائل دههی ۷۰ میلادی در آیین نامههای پل مطرح شد. بعد از زلزلههای اخیر به دلیل وسعت آسیبها، نحوهی طراحی این سازهها از طرف کارشناسان مهندسی زلزله مورد سوال قرار گرفت. و مجدداً تحقیق بر روی نیازهای شکل پذیری و جزییات طراحی اجزای پل شروع شد. در این راستا و برای طراحی ایمن پلها لازم بود که آسیبهای و دلایل این آسیبها شناخته شوند.
اهمیت به حساب آوردن تاثیرات لرزهای در طراحی سازههای مهندسی اولین بار موقعی شناخته شد که روش نیروی جانبی استاتیکی معادل با به کار گیری ضریب زلزله بین ۰/۱ تا ۰/۳ بر مبنای روش طراحی مجاز که اغلب روش ضریب لرزهای نامیده میشد، در طراحی پلهای بزرگراه در سال ۱۹۲۳ وارد شد. از آن زمان کار طراحی لرزهای بهبود یافته و بر مبنای آسیب لرزهای و پیشرفتهای تحقیقاتی گسترش یافت. اما هنوز مرحلهی اول برای اطمینان از عملکرد لرزهای مناسب بود.
آسیب پلهای در زلزلههای اخیر
پلهای از جمله سازههایی بودن که در زلزلههای احیر دچار آسیب شدید شدند. خرابی ایجاد شده در پلها به علت عوامل مختلف و به اشکال گوناگون بود.
خرابی نشیمن و کلیدهای برشی
یکی از آسیبهای معمول در پلها، خرابی نشیمن و کلیدهای برشی است. کلیدهای برشی به عنوان عناصر جلوگیری کننده از حرکت جانبی عرشه به کار گرفته میشوند. تصور عمومی بر این است که در طراحی و ساخت سازهی پل فقط بایستی به شاهتیرها، پایهها و شالودهها توجه نمود در حالی که عدم توجه کافی به اجزای ثانویه همچون نشیمنها، مهارها، درزهای انبساط و کلیدهای برشی میتواند همانند اجزای اصلی بر عملکرد پل تاثیر نامطلوب بگذارد.
باید توجه کرد که خرابی در این اعضا فقط به خاطر ضعف خودشان ایجاد نمیشود و ممکن است با وجود طراحی درست، به دلیل ضعف طراحی سایر احزای پل و خرابی آن قسمت از پل در اثر نیروهای بیش از حد وارده به نشیمنها و کلید برشی، آنها نیز دچار خرابی شوند. در چنین پلهایی به دلیل اصلی آسیب عامل دیگری است.
خرابی برشی پایههای پل
طبق آیین نامههای طراحی لرزه، ایجاد شکل پذیری کافی و جلوگیری از خرابی برشی پایهها لازم است که از خاموت گذاری ویژه در آنها استفاده شود. همچنین باید حداقل طول مهاری آرماتورهای طولی رعایت شود و بحث ایجاد شکل پذیری در پایهها و استفاده از خاموت گذاری ویژه مطرح شد و بعداً در آیین نامههای طراحی لرزهای آورده شده است.
خرابی شاهتیرها و افتادن دهانهها
معمولاً عرشهها و شاهتیرهای به کار رفته در پلها از استحکام لازمه برخوردار بوده و همه الزامات طراحی در مورد آنها رعایت شده و دچار خرابی ضعف در طراحی خودشان نمیشوند. اکثر خرابیهای اتفاق افتاده در شاهتیرها به علت لغزش آنها از روی تکیه گاه است. دو عامل در وقوع چنین پدیدهای دخالت دارد، یکی عرض نشیمن ناکافی برای جابجایی طولی و عرضی شاهتیرها و دیگری دوران پایهها. در پلهای خرابی شده در زلزلههای دهه ۹۰ خرابی شاهتیرها و فرورریزی دهانهها عمدتاً به دلیل دو عامل مذکور بود.
نشست دال معبر
این نوع خرابی در اثر جابجایی پایهها یا نشست خاکریز کولهها حاصل میشود. در پلهایی که علی رغم پیدا شدن اختلاف تراز بین پایهها یا نشست خاکریزی کولهها، شاهتیرها از روی نشیمن نیفتد نشست دال معبر مشاهده میشود.
خرابیهای ناشی از گسلش و روانگرایی خاک
خرابیهای ناشی از گسلش شامل همه خرابیهای اشاره شده در بالا است. به عبارت دیگر با جابجایی گسل در اثر زلزله، پایهها ترک برداشته و دوران کرده، کلیدهای برشی از کار افتاده و شاهتیرها از روی نشیمن شان لغزیده و دهانه ها فرو میریزند. در واقع عبور گسل از زیر پل یا به عبارتی ساخت پل در محل یا نزدیکی گسل، سلامت پل را به مخاطره میاندازد. حتی اگر همهی اجزای پل طبق آیین نامههای مدرن ساخته شده باشد فرو ریزی دهانههای پل در اثر جابجایی گسل عبور کرده از محل پل بود.
با توجه به نوع خرابیها نتایج زیر در مورد آسیبها به دست آمد.
گسیختگی گسل در زیر پل یا در مجاورت آن برای سازه فاجعه آمیز بوده و معمولاً منجر به فروریزی دهانهها، مخصوصاً وقتی که جابجایی زمین بزرگ است، میشود. زمین لرزههای نزدیک گسل قوی بوده و به شدت به سازههای قدیمیتر که طبق آیین نامههای مدرن طراحی نشدهاند آسیب میزند. اما از آنجایی که گسلها با قدرتهای مختلف وجود دارند، گاهی مواقع ممکن است ناچار به ساختن پل در محل گسل شد. تحت یک چنین شرایطی باید اولویتی در طراحی و ساخت پل در نظر گرفته و مسیرهای جایگزین را در آینده طراحی کرد. ممکن است برای تسهیل در ترمیمی فوری پل، دهانههای کوتاهتر مورد استفاده قرار گیرند، زیرا پلها با دهانههای بزرگتر در نزدیکی گسل آسیب پذیرترند.
کلیدهای برشی، وسایل مانع از جاکندگی، عرض نشیمن کافی و نشیمن مناسب باید برای محافظت پل از ضربات ناخواسته فراهم شوند. خرابی زمین، دهانههای خمیده، روانگرایی ممکن است باعث حرکات اضافی در سازه شوند که این وسایل، تجهیزات عالی برای جلوگیری از خرابیهای بیشتر هستند. طراحی کلیدهای برشی و نشیمن، لازم است که با ظرفیت طراحی پایه سازگار باشد. از آنجایی که ترمیم آسیب شالوده بسیار مشکل است، برای اجتناب از وارد آمدن آسیب در پایه یا شالوده، کلیدهای بشری نباید قویتر از پایهی پل طراحی شوند. زیاد بودن مقاومت کلیدهای برشی باعث میشود که موقعی که روسازه در جهت عرضی حرکت کرده و با کلیدهای برشی برخورد میکند، نیروها را به ستون پل انتقال داده و منجر به آسیبهای جدی به زیر سازه در این امتداد شود.
باید از خرابی برشی در پایهها جلوگیری کرد. برای این کار از دور پیچ و خاموت کافی برای اطمینان از انعطاف پذیری در پایههای بتن مسلح استفاده شده و قطع آرماتور نباید در میانههای ارتفاع پایهها صورت گیرد.
در محلهایی که پتانسیل ناشی از گسترش جانبی به همراه روانگرایی خاک بیشتر است، اثر آن را باید در طراحی منظور کرد.
