بررسی تأثیر گسیختگی کابل بر رفتار لرزه ای پل های کابلی خودایستا در حوزه فرکانس
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1083-ISAV2024 (R2)
نویسندگان
دانشگاه اراک
چکیده
کابل ها به عنوان اعضای باربر در پل های کابلی خودایستا نقش مهمی را ایفا مینمایند. شواهد گذشته نشان می دهد که در طول عمر بهره برداری این سازه ها ایجاد آسیب و گسیختگی در کابل ها اجتناب ناپذیر است. با توجه به قرارگیری برخی از این پل ها در مناطق لرزه خیز، در پژوهش حاضر تأثیر گسیختگی کابل های متوالی بر ظرفیت لرزها ی نهایی پل های کابلی خودایستا در حوزه فرکانس بررسی شده است. برای این منظور در گام نخست پل یادبود بیل امرسون برای تهیۀ مدل عددی در نرم افزار اپنسیس انتخاب شد و پس از اعتبارسنجی مدل عددی و فرض وجود تعداد مختلف کابل دارای نقص، سازه تحت شدتهای مختلف زلزلۀ سوپراستیشن هیلز تا لحظۀ خرابی مورد تحلیل دینامیکی غیرخطی قرار گرفت و پاسخ شتاب وسط عرشه در هر سه جهت و پاسخ شتاب نوک برج در دو جهت طولی و عرضی رصد شد. در ادامه با بهره گیری از تبدیل فوریه نتایج در حوزۀ فرکانس استخراج شد و با استفاده از روش طیف توان پیکهای مهم فرکانسی انتخاب و سپس نتایج با فرکانسهای اصلی سازه مقایسه شد و پل مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان میدهد که علیرغم گسیختگی دو کابل دارای نقص، ظرفیت پل کاهش چشمگیری ندارد؛ اما با گسیختگی سه کابل دارای نقص ظرفیت لرزه ای پل کاهش یافته و با تغییر محتوای فرکانسی پل باعث وقوع پیک های فرکانسی در فرکانس های ارتعاشی سازه می شود و چنانچه چهار کابل دارای نقص هنگام زلزله گسیخته شوند، خرابی پیشرونده باعث فروریزش پل خواهد شد. همچنین مشخص شد که حساسیت پاسخ عرشه در راستای عرضی نسبت به جهت های دیگر بیشتر است که این موضوع باید در طراحی عرشه در استانداردها بیشتر مورد توجه قرار گیرد.
کلیدواژه ها
موضوعات
Title
Investigation of the Impact of Cable Failure on the Seismic Behavior of Cable-Stayed Bridges in the Frequency Domain
Authors
Mahdi Yazdani, Davood Farahani
Abstract
Cables, as load-bearing elements, play a critical role in cable-stayed bridges. Past evidence suggests that damage and rupture in these cables are inevitable during the service life of such structures. Given that some of these bridges are located in seismic zones, this study investigates the effect of consecutive cable failures on the ultimate seismic capacity of cable-stayed bridges in the frequency domain. For this purpose, the Bill Emerson Memorial Bridge was selected to develop a numerical model using OpenSees software. After validating the numerical model and assuming various defective cable scenarios, the structure was subjected to nonlinear dynamic analysis under different earthquake intensities from the Superstition Hills records until total failure of structure. The acceleration response at the deck midpoint in all three directions and the acceleration response at the top of the pylon in the longitudinal and transverse directions were extracted to analysis of results. Using Fourier Transform, the results were transformed into the frequency domain, and significant frequency peaks were identified through power spectral density (PSD) analysis. The results were then compared to the primary structural frequencies to evaluate the bridge's behavior. The findings reveal that, despite the rupture of two deficient cables, the bridge's capacity does not significantly decrease. However, the rupture of three defective cables by changing the frequency content reduces the seismic capacity and causes frequency peaks at the bridge's natural vibration frequencies. If four defective cables rupture during an earthquake, progressive collapse leads to the total failure of the bridge. It was also observed that the transverse response of the deck is more sensitive compared to other directions, highlighting the need to account for this in deck design in guidelines.
Keywords
Progressive Collapse, Incremental Dynamic Analysis, Frequency domain analysis, Power spectral density (PSD)