امکان سنجی تهیه نرم افزار آنالیز پلهای سنگی در ایران

پل‌های ساخته شده با مصالح بنایی (سنگ، آجر) که در این گزارش به اختصار پل‌های بنایی خوانده می شوند، به شکل وسیعی در راه‌ها و راه آهن ایران مورد استفاده قرار می گیرند. افزایش مداوم بار ترافیکی این راه‌ها، افزایش سن پل‌ها و وجود حساسیت بیشتر در خصوص امنیت آنها، راهداران را ناگزیر به انجام بازرسی‌ها و احتمالا مقاوم سازی این پل‌ها می سازد. بازرسی و تعیین وضعیت و شرایط فعلی پل با جستجو و تشریح آسیب‌های وارده به پل (درزه‌ها، ترک‌ها، حفرات ایجاد شده در اثر تراوش و سایر انواع خرابی) آغاز می‌شود. در مرحله بعد بایستی بتوان، با استفاده از یک روش مکانیکی، اثر این خرابی‌ها را بر روی ظرفیت باربری سازه تخمین زده و احتمالا جزنیاتی را برای مقاوم سازی‌ آن پیشنهاد نمود. پژوهشکده حمل و نقل وزارت راه و ترابری یک برنامه بازرسی پل‌های بنایی شبکه راه آهن ایران را در دست اجرا دارد که بازرسی عمومی کلیه پل‌ها و بررسی دقیق‌تر پل‌های دارای علائم خرابی و مقاوم سازی برخی از آنها را در بر می گیرد. به منظور استفاده از یک نرم افزارتحلیل رفتار مکانیکی پل‌های بنایی در این برنامه، پژوهشکده خواستار انجام مطالعاتی جهت تعیین امکانات لازم در این نرم افزار، بررسی قابلیت‌های نرم افزارهای موجود و در صورت لزوم امکان سنجی تهیه یک نرم افزار اختصاصی برای این منظور شده است. این مطالعه مراحل مختلفی را در بر دارد: مطالعه جامع روش‌های مدل‌سازی پل‌های بنایی در کشورهای مختلف، تعیین امکانات مورد نیاز در یک نرم افزار برحسب اهداف پژوهشکده، بررسی و مقایسه نرم افزارهای موجود از نظر نیازهای پژوهشکده و مطالعه امکان سنجی تهیه یک نرم افزار اختصاصی. گزارش حاضر به نخستین مرحله از این کار اختصاص دارد. در این گزارش ابتدا تئوری‌ها و روش‌های مختلف مطالعه پل‌های بنایی مورد استفاده در کشورهای مختلف مرور می گردند. این تئوری‌ها از نظر پدیده‌های مختلف مورد نظر (کرنش‌ها، ترک خوردگی، گسیختگی،...) و انواع مختلف رفتارهایی که مدل‌سازی می کنند (الاستیک خطی، الاستوپلاستیک، آسیب، ...) مورد مقایسه قرار خواهند گرفت. نقاط مثبت و منفی این تئوری‌ها و روش‌ها، فرضیات و تقریب‌ها و همچنین محدودیت‌های آنها برای کاربردهای مورد نظر پژوهشکده مورد بررسی قرار خواهند گرفت. سپس روش انجام تحلیل‌های عددی (اجزاء محدود، المان‌های مجزا، ...) بر اساس مدل تئوریک انتخاب شده مطالعه و تعیین گردیده ونهایتا مناسب‌ترین چارچوب تئوریک و عددی جهت اهداف مورد نظر پژوهشکده ارائه خواهد شد. در این گزارش مدل رفتاری مصالح موجود در چنین پلها، المان های اصلی و توصیف هندسی این پلهاو انواع بارگذاری هایی که بایستی در نظر گرفته شوند و ورودی و خروجی نرم افزار مختص به آنالیز چنین پل هایی تشریح می شود. به این نکته اشاره شد که ویژگی پل های بنایی که مدل سازی آنها را با روش های متداول با مشکل روبرو می کند، ماهیت غیر پیوسته آنهاست. عضو اصلی چنین مدلی در واقع یک قوس مصالح بنایی است که از اجتماع تعدادی بلوک سنگی یا آجری تشکیل شده است. در این گزارش نشان دادیم که روش المان محدود که به طور گسترده در تحلیل سازه مورد استفاده می باشد، قابل تطبیق با ساخت یک نرم افزار است که می تواند برای تحلیل سازه هایی بصورت سازه های ناپیوسطه بسط داده شود با این شرط که با افزودن المان درزه کامل شود. ویژگی دیگر سازه های بنایی وجود تعداد بسیاری ناپیوستگی است که همان درزه های بین بلوک ها می باشند. علاوه برآن اشاره شد که برای قسمتهای معمول این سازه ها (دیوارها، مصالح پر کننده) پیش بینی مدول همگن سازی ضروری است، به جهت مشخص کردن رفتار پیوسته معادل برای چنین بخشهای مختلف سازه. بررسی اهداف پژوهشکده از نظر نظارت بر پلهای بنایی به تعریف نرم افزاری منتهی شد که امکان دو مطالعه مشخص را میسّر می نماید: مطالعه مقدماتی و مطالعه دقیق و کامل. برای طراحی این نرم افزار یک ساختار کلی پیشنهاد داده شد که در واقع شامل یک محیط واسطه مرکب از مجموعه ای از پیش و پس پردازنده های نصب شده روی یک برنامه اصلی تحلیل به روش اجزای محدود می باشد. از نظر پیش پردازنده، این نرم افزار، ساختن هندسه یک پل مصالح بنایی را بصورت سریع و با الگو گرفتن از روشی مانند برنامه RING ممکن می نماید. این روش بر استفاده از المانهای اساسی یک پل مصالح بنایی بنا شده است: مانند تعداد و شکل دهانه ها، شکل و ابعاد پایه ها، کوله ها، تقویت کننده ها در بخش پایین پایه ها...، این اشکال در قالب فهرستی از اشکال قابل تعریف می باشند که از معماری پلهای ایرانی الگو خواهند گرفت و به مرور زمان تکمیل و به روزرسانی آنها امکان پذیر می باشد. هدف از انجام این مطالعه، بررسی امکان سنجی طراحی برنامه ای به منظور تحلیل و مدل سازی سازه های پل های بنایی و آنالیز ظرفیت باربری پلهای راه آهن یا جاده ای ایران بوده است. پرسش اولیه این مطالعه این بود که آیا استفاده نرم افزارهای تجاری موجود امکان پذیر می باشد یا اینکه بایستی نرم افزاری مختص طراحی گردد. تحلیل و بررسی قابلیت های مورد نیاز این نرم افزار به تعیین دو نوع استفاده نرم افزاری منتهی شد: تحلیل سریع و عادی ظرفیت باربری پل های متداول که شامل آسیب دیدگی احتمالی جزئی هستند و یا عملیات متداول تقویت سازی بر روی آنها انجام شده است. طالعه و تحلیل دقیق و کامل پلی که برای آن عملیات تقویت سازی مهم یا مطالعات تحقیقاتی پیش بینی شده است. بررسی برنامه های موجود در بازار به پیشنهادراه حلی منتهی شد که شامل استفاده از نرم افزار ANSYS بعنوان نرم افزار اصلی برای تحلیل و مدل سازی پل ها و همچنین طراحی نرم افزار واسطه نامگذاری شده تحت نام "پل سنگ " می باشد. این نرم افزار واسطه، نقش دریافت سریع داده های ورودی مشابه نرم افزار RING را به عهده دارد. در گزارشهایی که به پژوهشکده تحویل داده شده است، قابلیت اجرای چنین نرم افزاری شرح داده شده ، مشخصات اصلی آن بیان شده و مراحل اجرایی آنرا شرح داده است.

کلیدواژه ها:

پلهای بنایی ، مقاوم سازی پل