Seismic Reliability of Bridge With Considering Soil-Structure Interaction

رشید جابلو, علی and محبی, دکتر محتشم and رحمن شکرگزار, دکتر حامد and ایمانی, دکتر هوشیار (2019) Seismic Reliability of Bridge With Considering Soil-Structure Interaction. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
New Microsoft Word Document.pdf

Download (2MB)
Official URL: http://uma.ac.ir/

Abstract

Research Aim: Bridges are considered as important structures, so studying the seismic behavior of bridges is essential and may be more vulnerable in soft soil conditions. The uncertainty of the structural parameters and the indeterminacy of the earthquake force is a reason to consider the uncertainty in members of the structure, soil and earthquake. In this research, the reliability of the bridge structure is investigated considering the interaction of the soil-structure with the actual soil behavior. Due to the fact that under earthquake and uncertainty, important parameters in structure behavior and parameters in the soil can lead to different responses of the structure, therefore, using probabilistic theory and reliability, evaluated the effect of these parameters on the behavior of the bridge. Research method: In this study, a cable with a 640 meter span length modeled in the Opensees software, in three models with linear and nonlinear materials with fixed support and non-linear model with soil-pile-structure interaction in three dimensions. Dynamic time history analysis performed by a series of artificial earthquake records with the consideration of uncertainty in structural parameters including uncertainty in members of the cables, girders, towers, pile diameter and uncertainty in soil parameters including friction angle, shear strength, unit weight of the soil. Samples produced for each of the parameters were generated by the Latin Hyper Cube method, and the dynamic analysis time histories, and the serviceability limite state and the strength limit state were performed. Findings: Based on the analysis, it can be concluded that in linear model with fixed support compared nonlinear model with fixed support and non-linear model with soil-pile-structure interaction due to the high stiffness of the deck in members such as cable and girder during the earthquake, there is not a lot of force, but the towers will bear a lot of force. In the nonlinear model, with the interaction of the soil-pile-structure, the stiffness of cable stayed bridge is reduced and more force is applied to the cables and girders, and instead the force applied to the tower during earthquake reduce compare with the model with fixed support. Also, with the reduction of the stiffness and ductility of the cable-stayed bridge, it becomes more sensitive to severe earthquakes. The results of the sensitivity analysis indicate that the important parameters affecting the cable-stayed bridge are the modulus of elasticity and the cross section of the cables and the density of the concrete slab and the important parameters in the soil, including the angle of friction and shear strength. Conclusion: The results show that the probability of failure of the system and component in the nonlinear model with the interaction of soil-pile-structure is greater than fixed support models. Also, linear model with fixed support, has lowest the probability of failure. In general, the results show that the cable bridge has a low seismic reliability versus earthquake.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: قابلیت اطمینان لرزه‌ای پل‌ها با درنظر گرفتن اندرکنش خاک-سازه
Persian Abstract: هدف: پل‏ها از جمله سازه‏های مهم تلقی می‏شوند، بنابراین بررسی رفتار لرزه‏ای پل‏ها امری ضروری می‏باشند. غیر قطعی بودن پارامترهای سازه‏ای و غیر قابل تعیین بودن نیروی زلزله دلیلی برای در نظر گرفتن عدم قطعیت در اعضاء سازه، خاک و زلزله می‏باشد. در این پژوهش هدف، بررسی قابلیت اطمینان سازه پل با در نظر گرفتن اندرکنش خاک-سازه با رفتار واقعی خاک است. بدلیل اینکه تحت نیروی زلزله و عدم قطعیت در پارامترهای سازه و خاک باعث ایجاد پاسخ¬های متفاوتی از سازه شود، بنابراین با استفاده از تئوری احتمالاتی و قابلیت اطمینان میزان تأثیرگذاری این پارامترها بر رفتار سازه پل ارزیابی می‏گردد. روش‌شناسی پژوهش: در این پژوهش یک پل‏کابلی با طول دهانه 640 متری در نرم‏افزار اجزاء محدود Opensees در سه حالت با مصالح خطی و غیرخطی با تکیه‏گاه ثابت و مدل غیرخطی با اندرکنش خاک-شمع-سازه بصورت سه بعدی مدل شده است. تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی توسط مجموعه‌ای از رکوردهای مصنوعی زلزله با درنظر داشتن عدم قطعیت در پارامترهای سازه شامل عدم قطعیت در اعضا کابل‏ها، شاهتیرها، برج‏ها، قطر شمع و عدم قطعیت در پارامترهای خاک شامل زاویه اصطکاک داخلی، مقاومت برشی، وزن مخصوص خاک صورت گرفته است. نمونه‏های تولید شده برای هر یک از پارامترها توسط روش لاتین‏هایپرکیوب تولید شده است و همچنین به منظور بدست آوردن احتمال خرابی از حالت‏ حدی بهره‏برداری و حالت حدی نهایی استفاده شده است. یافته‌ها: براساس تحلیل‏های صورت گرفته می‏توان نتیجه گرفت، که در مدل خطی با تکیه‏گاه ثابت نسبت به مدل غیرخطی با تکیه‏گاه ثابت و مدل غیرخطی با اندرکنش خاک–شمع-سازه بدلیل سختی زیاد عرشه پل‏کابلی در اعضای مانندکابل‏ها و شاهتیرها در طی اعمال نیروی زلزله نیروی زیادی وارد نمی‏گردد ولی پایه برج‏ها نیروی زیادی را تحمل می‏کنند. در مدل غیرخطی با اندرکنش خاک–شمع-سازه سختی سازه پل‏کابلی کاهش یافته و نیروی بیشتری به کابل‏ها و شاهتیرها اعمال می‏گردد و در عوض نیروی وارده شده به پایه برج‏ها در طی اعمال نیروی زلزله نسبت به مدل‏های با تکیه‏گاه ثابت کمتر می‏شود، همچنین با کاهش سختی و شکل‏پذیرتر شدن، سازه پل‏کابلی برای زلزله‏های شدید و خیلی شدید بسیار حساس‏تر می‏گردد. نتایج حاصله از آنالیز حساسیت نشانگر این موضوع است، که پارامترهای مهم و تأثیرگذار در سازه پل‏کابلی شامل مدول الاستیسیته و سطح مقطع کابل‏ها و دانسیته دال بتنی بوده و پارامترهای مهم در خاک شامل زاویه اصطکاک و مقاومت برشی می‏باشد. نتیجه‌گیری: نتایج بدست آمده نشان می‏دهد، احتمال خرابی سیستم و جزء در سازه پل‏کابلی مورد بررسی مدل غیر خطی با اندرکنش خاک-شمع-سازه در مقایسه با مدل‏های با تکیه‏گاه ثابت مقدار بیشتری دارد و در مدل خطی با تکیه‏گاه ثابت احتمال خرابی جزء و سیستم کمتر از دو مدل دیگر می‏باشد، در حالت کلی نتایج بدست آمده نشانگر این است،که پل‏کابلی مورد بررسی قابلیت اطمینان لرزه‏ای پایینی را در برابر زلزله دارد.
Supervisor:
SupervisorE-mail
محبی, دکتر محتشمUNSPECIFIED
رحمن شکرگزار, دکتر حامدUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
ایمانی, دکتر هوشیارUNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Divisions > Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Divisions: Subjects > Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Date Deposited: 10 Jul 2019 06:55
Last Modified: 10 Jul 2019 06:55
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/7725

Actions (login required)

View Item View Item