Abstract
This paper presents an experimental program aimed at assessing the effect of vertical earthquake ground motion on reinforced concrete bridge piers. The program comprised testing of four large scale piers by utilizing the Multi-Axial Full-Scale Sub-Structured Testing and Simulation (MUST-SIM) facility at the University of Illinois. Two hybrid analytical-experimental simulations were used to experimentally investigate the effects of vertical ground motion on pier loading and behavior. Two additional cyclic tests were conducted to allow direct comparison of pier response under tension to pier response under compression. Detail aspects of the experimental framework including a substructuring scheme, analytical representation of structure, test specimen design and advanced measurement system are provided. The observations and interpretation of experimental results, including the impact on both global and local behavior, are discussed. It is concluded that vertical ground motion can significantly impact Reinforced Concrete (RC) pier behavior and failure mode
چکیده
این مقاله، برنامه ای تجربی با هدف ارزیابی اثر حرکت زلزله عمودی بر پایه میانی پل بتنی مسلح را ارائه میدهد. این برنامه، آزمایش بر روی چهار پایه میانی بزرگ مقیاس را مقایسه می کند که توسط به کارگیری تجهیزات آزمایش زیرساخت و شبیه سازی فول مقیاس چند محوری (MUST-SIM) در دانشگاه Illinois انجام شده است. دو شبیه ساز تحلیلی-تجربی دوگانه به منظور بررسی تجربی تاثیرات حرکت عمودی زمین بر رفتار و بارگذاری پایه میانی پل به کار رفته است. دو آزمایش دوره ای دیگر انجام گرفت تا اینکه بتوان پاسخ پایه میانی پل تحت کشش و پاسخ آن تحت فشار را بررسی نمود. جزئیات قالب کار تجربی ازجمله طرح زیرساختی، نمایش تحلیلی سازه، طرح نمونه آزمایشی و سیستم اندازهگیری پیشرفته ارائه شده است. مشاهدات و بررسی نتایج آزمایشی، از جمله تاثیر بر هر دو رفتار محلی و جهانی مورد بحث قرار گرفت. نتیجه گرفته شد که حرکت عمودی زمین اثر قابل توجهی بر حالت شکست و رفتار پایه میانی بتن مسلح (RC) دارد.
1-مقدمه
در زلزله های گذشته (مثلا، زلزله Prieta (1989) و Northridge (1994) در کالیفرنیا و زلزله Hyogo-ken Nanbu (1995) در ژاپن) شکست و آسیب برشی پایه های میانی بتنی شایع بود. بررسی های پیشین (برای مثال [1])، شکست های مشاهده شده را به کاهش آن نوع مقاومت برشی نسبت داده اند که توسط اثرات حرکت عمودی زمین ایجاد می شود. چندین مطالعه دیگر درباره اثر مولفه عمودی حرکت زمین بر سازه های RC منتشر شد. افزایش چشمگیری در ارتعاش نیروی محوری بر پایه های میانی RC بواسطه حرکت عمودی زمین گزارش شد، که ظرفیت برشی پایه میانی را تحلیل برد [2-7]. همچنین نتیجه شد که مولفه عمودی حرکت زمین، باعث تشدید قابل ملاحظه ای در تقاضای گشتاور در مرکز تیر و نیز در سطح کلاهکهای پایه (bent caps) سازه های پل می شود [8]. این مطالعات بیان می کند که طرح لرزه ای از سازه های RC بدون در نظرگرفتن حرکت عمودی زمین می تواند به سطوح غیرقابل سنجش ریسک از فروپاشی منجر شود. با این حال، به دلیل کمبود آزمایش های بزرگ مقیاس، مطالعات تحلیلی فوق الذکر، کاملا اثبات نشده اند. علاوه براین، عضوهای عمودی سازه های RC هرگاه با تکان زلزله تحریک شوند، نه تنها در معرض عملیات محوری منتج از بارهای مرده و زنده هستند، بلکه در معرض ترکیبی از نیروی محوری مختلف، گشتاور و برش نیز هستند. اثر ترکیبی ورودی چندمحوری و واژگونی باعث تغییر قابل ملاحظه در بارهای محوری اعمالی بر ستون ها میشود. بارهای محوری مختلف، به نوبه خود، باعث تغییرات در تعادل بین عرضه (supply) و تقاضای (demand) آنها در برش و گشتاور محوری میشود که برای پیش بینی با مدلهای تحلیلی ساده، مناسب نیستند. بنابراین، برای درک تاثیر انواع نیروی عمودی بر رفتار تعاملی محوری برشی خمشی مربوط به اعضای عمودی سازه های RC ، آزمونهای تجربی ضروری است. با این حال، آزمایشگاه ها با محدودیت مقیاس و ظرفیت مواجه هستند، مخصوصا زمانیکه با مشکلات مربوط به پلهای دهانه متوسط یا ساختمان های RC که در معرض نمونه تقاضای پیچیده می باشند، روبرو هستند...