توسعه منحنی‌های شکنندگی برای پل‌های بتنی با سه پایه تحت اثر زلزله‌های حوزه دور و نزدیک گسل پالس‌دار – مطالعه موردی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل (کامل)

نویسندگان
1 دانشیار، گروه مهندسی زلزله و ژئوتکنیک، دانشکده مهندسی عمران و نقشه برداری، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران
2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی زلزله و ژئوتکنیک، دانشکده مهندسی عمران و نقشه برداری، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران
10.48311/mcej.2025.27807
چکیده
این پژوهش در یک مطالعه موردی، به بررسی تأثیر زلزله‌های حوزه دور و نزدیک گسل پالس‌دار بر عملکرد لرزه‌ای پایه‌های سه‌پایه بتنی پل‌ها پرداخته است و منحنی‌های شکنندگی تحت سطوح مختلف بارگذاری ثقلی توسعه یافته‌اند. به این منظور، تحلیل‌های دینامیکی افزایشی (IDA) بر پایه پل نمونه تحت دو نسبت بار به ظرفیت برابر با 05/0 و 2/0 انجام شده است. زلزله‌های مورد استفاده به دو دسته زلزله‌های دور از گسل و نزدیک به گسل‌پالس‌دار طبقه‌بندی شده‌اند. با تعیین حالات حدی مختلف شامل کمانش موضعی آرماتورهای طولی، شکست فشاری بتن محصورنشده و محصورشده، شکست کششی آرماتورهای طولی و خستگی آرماتورهای طولی در سیکل‌های کم، پاسخ سازه نسبت به زلزله‌های دو حوزه مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از تحلیل‌ها نشان داد که در نسبت بار به ظرفیت پایین، وقوع حالات حدی در زلزله‌های دور از گسل در مقایسه با زلزله‌های نزدیک به گسل‌پالس‌دار در مقادیر بالاتری از شتاب طیفی رخ می‌دهد. به‌علاوه، احتمال فراگذشت تقاضا از ظرفیت سازه در سطوح مختلف شتاب طیفی تحت زلزله‌های دور از گسل به‌طور قابل ملاحظه‌ای کمتر از حالت نزدیک به گسل‌پالس‌دار است. با افزایش نسبت بار به ظرفیت به 2/0، تفاوت در عملکرد سازه میان دو نوع زلزله تشدید شده و اثرات مخرب زلزله‌های نزدیک به گسل‌پالس‌دار ، به‌ویژه در حالات شکست مصالح و خستگی آرماتورها، پررنگ‌تر می‌شود. این امر نشان‌دهنده لزوم توجه بیشتر به ویژگی‌های خاص زلزله‌های نزدیک به گسل‌پالس‌دار در طراحی لرزه‌ای سازه‌های پل، به‌ویژه در مناطق با خطر لرزه‌ای بالا و بارگذاری‌های سنگین‌تر است

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Development of fragility curves for concrete three-pier bridges under near- and far-fault earthquakes-Case study

نویسندگان English

Farshad Homaei 1
Behnaz Ramezani 2
1 Associate professor, Department of Earthquake and Geotechnical Engineering, Faculty of Civil and Surveying Engineering, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
2 M.Sc. student, Department of Earthquake and Geotechnical Engineering, Faculty of Civil and Surveying Engineering, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Ira
چکیده English

This study investigates the seismic vulnerability of a case of three-column reinforced concrete bridge piers subjected to near-fault (NF) and far-fault (FF) ground motions by developing comprehensive fragility curves under varying axial load ratios. Incremental Dynamic Analyses (IDA) were conducted on a representative bridge pier model considering two axial load levels (Load Factor LF = 0.05 and LF = 0.2) to assess structural responses across different seismic intensity levels. Ground motion records were classified based on their proximity to the fault, with distinct spectral characteristics used to capture the influence of pulse-like near-fault effects versus more broadband far-fault excitations.
Five damage limit states were defined for the bridge pier, including Buckling of Longitudinal Reinforcement (BL), Compression Failure of Unconfined Concrete (CF-U-NC), Compression Failure of Confined Concrete (CF-C-NC), Fracture of Longitudinal Reinforcement (FL), and Low-Cycle Fatigue (LCF) of longitudinal reinforcement. IDA curves were generated, and for each limit state, seismic fragility functions representing the probability of exceeding each damage state under increasing spectral acceleration levels were generated.
The results indicate that under lower axial load (LF = 0.05), the bridge pier exhibits greater spectral acceleration thresholds for damage initiation when subjected to far-fault ground motions compared to near-fault events. On average, spectral acceleration demands in FF records were 17% to 37% higher than those in NF records for various damage states. Additionally, median drift ratios were generally lower under FF motions, except in the case of FL, where the NF drift was slightly lower.
For higher axial load conditions (LF = 0.2), the differences between NF and FF scenarios became more pronounced. The spectral acceleration required to reach certain damage states in FF motions was up to 31% higher compared to NF motions. Drift values also reflected this trend, with NF ground motions generally producing higher deformation demands, particularly in brittle and fatigue-prone failure modes. This shows that under increased axial loads, the vulnerability of piers to NF excitations escalates significantly.
The fragility curves further confirmed this trend. At a spectral acceleration level of 0.5g and LF = 0.05, the probability of exceeding the BL state under FF ground motions was 43.5% lower than under NF motions. In more critical damage states such as CF-U-NC and LCF, this reduction reached up to 65.2% and 58.3%, respectively. At higher spectral acceleration levels (1.0g to 2.0g), this pattern of reduced exceedance probability under FF ground motions remained consistent across all damage states. Similar trends were observed at LF = 0.2, where the influence of NF ground motions in increasing fragility was more significant, especially for brittle and fatigue-related failure modes.

کلیدواژه‌ها English

Concrete bridges
Incremental dynamic analysis
Fragility curve
Performance points
Pulse-like near-fault ground motion
دوره 26، شماره 1 - شماره پیاپی 87
فروردین و اردیبهشت 1405