فهرست مطالب
فصل 1: 1
مقدمه و کلیات  1
1-1- مقدمه.. 2
1-2- ضرورت تحقیق.. 5
1-3- هدف تحقیق.. 6
1-4- شیوه تحقیق.. 7
1-5- ساختار پایان نامه .. 7
فصل 2: 10
ادبیات و پیشینه­ی تحقیق  10
2-1- مقدمه.. 11
2-2- تعریف آسیب سازهای.. 11
2-3- تعریف فروپاشی پیش­رونده.. 11
2-4- بارهای غیرعادی.. 12
2-4-1- انفجار گاز.. 13
2-4-2- انفجار بمب.. 14
2-4-3- ضربه­ی ناشی از برخورد.. 15
2-4-4- آتش سوزی.. 15
2-4-5- خطای ساخت.. 16
2-5- مفاهیم اولیه در فروپاشی پیش­رونده.. 16
2-6- تاریخچه پیدایش استانداردهای مربوط به فروپاشی پیش­رونده   17
2-7- ترکیب بارهای فروپاشی پیش رونده در استانداردها   19
2-7-1- ترکیب بار شامل بارگذاری­های نامشخص.. 19
2-7-2- ترکیب بارهای اسمی با بهره گرفتن از تنش مجاز طراحی   20
2-7-2-1- ترکیب بارهای مبنا.. 20
2-7-3- ترکیبات بار برای حوادث فوق­العاده و استثنائی   20
2-7-3-1- ظرفیت تحمل بار.. 21
2-7-3-2- ظرفیت باقیمانده.. 21
2-7-3-3- شرایط ثبات و پایداری سازه.. 21
2-8-ترکیبات بارگذاری مورد نیاز درتحلیل فروپاشی پیش­رونده   22
2-9- بررسی انواع فروپاشی پیش­رونده در سازه­ها.. 23
2-9-1- فروپاشی پنکیکی.. 23
2-9-2- فروپاشی دومینویی.. 25
2-9-3- فروپاشی زیپی.. 25
2-9-4- فروپاشی برشی.. 27
2-9-5- فروپاشی ناشی از ناپایداری.. 27
2-9-6- فروپاشی ترکیبی.. 28
2-10- فروپاشی پیش­رونده پل­ها.. 29
2-10-1- فروپاشی ناشی از گسیختگی تکیه­گاه.. 29
2-10-2- فروپاشی ناشی گسیختگی موضعی.. 32
2-11- روش های تحلیل سازه­ها در مقابل فروپاشی پیش­رونده   34
2-11-1- تحلیل استاتیکی الاستیک خطی.. 34
2-11-2- تحلیل استاتیکی غیرخطی.. 35
2-11-3- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی الاستیک خطی   36
2-11-4- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی.. 37
2-12- روش­های مقابله با فروپاشی پیش­رونده در پل­ها   38
2-12-1- کنترل حادثه.. 39
2-12-2- طراحی غیرمستقیم.. 39
2-12-3- مقاومت موضعی مشخصه.. 40
2-12-4- مسیر بار جایگزین.. 40
2-12-5- جداسازی.. 40
2-13- تاریخچه­ی فروپاشی پیش­رونده.. 41
فصل 3: 44
روش تحقیق  44
3-1- مقدمه.. 45
3-2- مدل تحلیلی.. 47
3-2-1- کلیاتی پیرامون نمونه­ آزمایشگاهی.. 47
3-2-1- صحت­سنجی مدل آزمایشگاهی.. 50
3-2-2- نحوه مدل­سازی.. 51
3-3- بارگذاری.. 55
3-4- تعیین اعضای کلیدی.. 57
3-5- نتیجه ­گیری.. 62
فصل 4: 64
محاسبات و یافته­ ها  64
4-1- مقدمه.. 65
4-2- معیار انتخاب سناریوی حذف اعضای کلیدی.. 65
4-3- تعیین روش تحلیل مناسب.. 71
4-3-1- اثر حذف اعضای B10 و B9. 71
4-3-2- اثر حذف اعضای T4 و T5. 74
4-4- ضریب افزایش دینامیکی.. 77
فصل 5: 80
نتیجه ­گیری و پیشنهادات  80
5-1-مقدمه.. 81
5-2- نتیجه ­گیری.. 81
5-3- ارائه پیشنهادات.. 82
منابع و مآخذ………………………………………………………………………………………………….  83
 
        
 
 
 
فهرست اشکال
شکل (1-1) فروپاشی پیش رونده پل [6] I-35W… 4
شکل (1-2) فروپاشی پیش رونده پل جیاندونگ جینگ جیانگ [7]   4
شکل (1-3) فروپاشی پیش رونده پل جیاندونگ جینگ جیانگ [8] 5
شکل (2-1) تاریخچه زمانی فشار ناشی از انفجار گاز [12]   13
شکل (2-2) تاریخچه زمانی فشار ناشی از انفجار : (a فاصله 1 متر، (b فاصله 5 متر، (c فاصله 10 متر[12].. 14
شکل (2-3) ساختمان آلفرد پ. مورا قبل از انفجار و بعد از انفجار[18].. 18

شکل (2-4) مراحل فروپاشی پیش رونده پنکیکی [27].. 24
شکل (2-5) فروپاشی برجهای دو قلو در اثر فروپاشی پیش رونده پنکیکی [28].. 24
شکل (2-6) مراحل فروپاشی پیش رونده دومینوئی[27].. 25
شکل (2-7) مراحل فروپاشی پیش رونده زیپی[27].. 26
شکل (2-8) فروپاشی پیش رونده زیپی پل کابلی[26].. 26
شکل (2-9) فروپاشی پیش رونده برشی اسلیپر پیش تنیده [29]   27
شکل (2-10) مراحل فروپاشی پیش رونده ناشی از ناپایداری[27]   28
شکل (2-11) فروپاشی پیش رونده ترکیبی ساختمان مورا [26]   28
شکل (2-12) فروپاشی پیشرونده پل کوآنگ دونگ در اثر آسیب دیدگی پایه میانی[7].. 30
شکل (2-13) فروپاشی پیشرونده پل هانگجو در اثر حذف ناگهانی ستون موقت[5].. 31
شکل (2-14) فروپاشی پیشرونده پل بآیهوا در اثر آسیب دیدگی ستونهای آن [7].. 31
شکل (2-15) فروپاشی پیشرونده پل کبک در اثر کمانش مهارهای جانبی آن[7].. 32
شکل (2-16) فروپاشی پیشرونده پل زایاوتانمن در اثر گسیختگی مهارهای آن[7].. 33
شکل (2-17) فروپاشی پیشرونده پل پرچم سرخ در اثر تخریب غیر اصولی[7].. 33
شکل (3-1) ابعاد هندسی نمونه آزمایشگاهی[35].. 48
شکل (3-2) نمونه آزمایشگاهی پل خرپائی [35].. 48
شکل (3-3) تکیه گاه های نمونه آزمایشگاهی (a) تکیه گاه غلتکی و (b) تکیه گاه مفصلی.. 50
شکل (3-4) شکل مدلسازی پل خرپایی در حالت نیمرخ پل.. 51
شکل (3-5) شکل مدلسازی شده در نمای 3 بعدی از پل خرپایی   52
شکل (3-6) مشخصات و جنس مصالح.. 52
شکل (3-7) نحوه تعریف سطح مقطع ( 2x25x50 ). 53
شکل (3-8) مشخصات مصالح سطح مقطع ( 3×30 ). 53
شکل (3-9) مشخصات سطح مصالح ( 6/1×20 ). 54
شکل (3-10) مشخصات مفصل پلاستیک محوری.. 55
شکل (3-11) بارگذاری غیرخطی با در نظر گرفتن اثر تغییر شکل­های بزرگ……………………………….56
شکل (3-12) سناریوهای حذف اعضای یال پائینی(گروه اول)    59
شکل (3-13) شاخص تغییرات گروه اول.. 59
شکل (3-14) سناریوهای حذف اعضای یال بالائی(گروه دوم).. 59
شکل (3-15) شاخص تغییرات گروه دوم.. 60
شکل (3-16) سناریوهای حذف اعضای قائم(گروه سوم).. 60
شکل (3-17) شاخص تغییرات گروه سوم.. 61
شکل (3-18) سناریوهای حذف اعضای مورب(گروه چهارم).. 61
شکل (3-19) شاخص تغییرات گروه چهارم.. 62
شکل (4-1) سناریوهای حذف اعضای یال پائینی.. 67
شکل (4-2) پارمترهای آماری  اعضای سازه در گروه اول سناریوی آسیب.. 67
شکل (4-3) سناریوهای حذف اعضای یال بالائی.. 68
شکل (4-4) پارمترهای آماری  اعضای سازه در گروه دوم سناریوی آسیب.. 68
شکل (4-5) سناریوهای حذف اعضای قائم.. 69
شکل (4-6) پارمترهای آماری  اعضای سازه در گروه سوم سناریوی آسیب.. 69
شکل (4-7) سناریوهای حذف اعضای مورب.. 70
شکل (4-8) پارمترهای آماری اعضای سازه در گروه چهارم سناریوی آسیب.. 70
شکل (4-9) بیشینه میزان تغییرات نیرویی در اعضای کلیدی یال پائینی   72
شکل (4-10) مفدار میانگین نیرویی اعضای کلیدی در اعضای یال پائینی   72
شکل (4-11) میزان واریانس نیروها در اعضای کلیدی یال پائینی   73
شکل (4-12) میزان انحراف معیار نیروها در اعضای کلیدی یال پائینی   73
شکل (4-13) بیشینه میزان تغییرات نیرویی در اعضای کلیدی یال بالائی   75
شکل (4-14) مفدار میانگین نیرویی اعضای کلیدی در اعضای کلیدی یال بالائی.. 75
شکل (4-15) بیشینه میزان تغییرات نیرویی در اعضای کلیدی یال بالائی   76
شکل (4-16) بیشینه میزان تغییرات نیرویی در اعضای یال بالائی   76
فهرست جداول
جدول (2-1) ترکیبات بارگذاری آئین نامه ها در ارزیابی پتانسیل فروپاشی پیش رونده سازه ها. 31
جدول (3-1) تاریخچه ی فروپاشی پیش رونده پل ها به همراه میزان تلفات و برآورد خسارت ناشی از آسیب وارده به پل. 53
جدول (3-2) مشخصات اجزای خرپا. 58
جدول (3-3) جدول مربوط به صحت سنجی فرکانسهای 3 مد اول  64
جدول (4-1) برنامه ریزی آزمایشهای انجام شده برای عضو ; 80
جدول (4-2) برنامه ریزی آزمایشهای انجام شده برای عضو شماره 49  81
 
 

مقدمه و کلیات
 

• مقدمه

پس از جنگ جهانی دوم صنعت ساخت و ساز به شدت در سراسر جهان توسعه یافت. با این وجود، گذر زمان و وجود عوامل مختلف داخلی و خارجی باعث می­ شود که اجزای سازه دچار آسیب شده و سازه تحت بارهای بهره برداری دچار مشکلات جدی و حتی انهدام شود. در نظر گرفتن تمامی جوانب در طراحی و کشف زود هنگام و اقدام مناسب در جهت رفع آسیب­های می ­تواند از فروپاشی فاجعه بار سازه جلوگیری کند. از این رو، در دهه­های اخیر تحقیقات فراوانی در زمینه­ شناسایی آسیب در سازه­ها صورت گرفته است.
خطوط ارتباطی و سازه­های زیر بنایی نقش اساسی در تمامی کشورها دارند و سالیانه هزینه­ های فراوانی صرف ساخت و نگهداری آن­ها می­ شود. در این میان، پل­ها نقش کلیدی در شرایط اقتصادی، اجتماعی و سیاسی یک کشور ایفا کنند. از این رو، در سال­های اخیر میزان توجه به پایش سلامتی پل­ها به شدت افزایش یافته است، زیرا نیاز اساسی به ارزیابی شرایط بسیاری از پل­ها در جهان احساس می­ شود. مطالعات نشان می­دهد که بیش از 40 درصد از پل­های موجود در کانادا نیازمند ترمیم و مقاوم سازی هستند[1]. از میان 57000 پل بزرگراهی موجود در آمریکا در سال 1997، 187000 مورد از آن­ها معیوب گزارش شده و بیان شده که سالیانه به میزان 5000 پل دیگر به این تعداد اضافه می­ شود[2]. در سال 2001 عنوان شد که ژاپن دارای 147000 پل می­باشد که زمان ساخت اکثر آن­ها به پیش از سال 1980 بر­می­گردد. بنابراین بسیاری از آن­ها به شدت به نگهداری نیاز دارند[3].
با توجه به قرار­گیری ایران در یک منطقه­ لرزه ­خیز، وقوع زلزله­های متعدد می ­تواند سبب بروز آسیب­های شدید در انواع مختلف سازه­ها شود. علاوه بر این ترافیک روزانه و افزایش آن می ­تواند عاملی برای آسیب­دیدگی پل­ها باشد. همچنین طول عمر بسیاری از پل های موجود در کشور، به بیش از 30 سال می­رسد. از طرفی میزان ساخت انواع مختلف پل در ایران رو به افزایش است. در نتیجه نگهداری و کنترل پل­ها می ­تواند نقش موثری در کشور ارائه کند[4].
یک پدیده نادر اما بسیار زیانبار در سازه­ها، پدیده فروپاشی پیش­رونده[1] است. این پدیده، اثر دینامیکی حاصل از گسترش و توسعه متوالی گسیختگی اولیه در یک سازه، که نشان دهنده عدم تطابق شدید بین عامل به وجود آورنده و فروپاشی شدید است، می­باشد. عامل به وجود آورنده فروپاشی پیش­رونده، یک عامل موضعی و متمرکز مانند عدم مقاومت موضعی است که سبب بروز یک پدیده فاجعه بار می­ شود [5].
به علت وقوع حوادث غیر قابل پیش بینی از قبیل زلزله، انفجار، برخورد و تصادف و نیز کاهش احتمالی ظرفیت سازه در اثر گذر زمان و تاثیر این عوامل بر وقوع فروپاشی پیش­رونده در پل­ها، بررسی اثرات تقویت اجزای سازه­ای بر مقاومت در برابر فروپاشی پیش­رونده مورد توجه قرارگرفته است. مطالعات گذشته نشان می­دهد که مقاوم­سازی لرزه­ای سازه، می ­تواند سبب مقاومت سازه در برابر فروپاشی پیش­رونده در مواجهه عوامل غیرعادی شود. در مقابل، افزایش شکل­پذیری، می ­تواند سبب تسریع در مکانیسم فروپاشی پیش­رونده شود[4, 5].
یکی از حوادث معروف در زمینه فروپاشی، فروپاشی پل خرپایی فولادی I-35W بر روی رودخانه می­سی­سی­پی، واقع در ایالت مینه سوتا[2]، در ایالات متحده آمریکا می­باشد. همانطور که در شکل (1-1) مشهود است، این پل به طور ناگهانی، در یکم اوت سال 2007 دچار فروریزش شد و 13 کشته و بیش از 100 زخمی قربانی این حادثه شدند. گزارش بررسی عوامل فروریزش پلI-35W نشان می­دهد که بار مرده­ی عرشه چند بار به خاطر تعمیر و تقویت دال افزایش یافته بود و ضخامت گاست پلیت­های بکار رفته در پل نیز تنها نیمی از ضخامت مقدار طراحی شده بود. علاوه بر این، در روز سقوط، مصالح ساختمانی و ماشین آلات سنگین نیز بر روی پل جهت تعمیر و نگهداری وجود داشتند. این عوامل، سبب فروپاشی پل I-35W شده ­اند[6].

• فروپاشی پیش­رونده پل [6] I-35W

با توجه به شکل (1-2)، در سال 2007، در چین، برخورد یک کشتی باری با پایه پل جیاندونگ جینگ جیانگ[3]، سبب فروپاشی چهار دهانه مجاور پایه گردید. بررسی­های نشان می­دهد که نیروی برخورد کشتی، بیش از نیروی مجاز طراحی بوده و در نتیجه سبب آسیب دیدگی پایه پل شده است. در اثر این آسیب، نیروهای داخلی تغییر کرده و نیروهای باز توزیع شده بیش از ظرفیت پایه­ های کناری بوده و در نتیجه آن، فروپاشی پیش­رونده رخ داده است[7].

• فروپاشی پیش رونده پل جیاندونگ جینگ جیانگ [7]

نمونه ­ای دیگر از فروپاشی پیش رونده در پل بای­هوآ[4] در شکل (1-3) در اثر زلزله ونچوآن[5] اتفاق افتاده است. در این پل در اثر آسیب تکیه­­گاه­ها، عرشه پل به همراه تغییر شکل­های پیچشی دچار فروریزش شده است[7, 8].

• فروپاشی پیش رونده پل جیاندونگ جینگ جیانگ [8]