مشخصات طراحی پل AASHTO LRFD: بنیاد مهندسی پل بزرگراه مدرن ایالات متحده

در زمینه زیرساخت های مدنی، اطمینان از ایمنی، دوام و قابلیت استفاده از پل ها بسیار مهم است.پل های بزرگراهدر سراسر ایالات متحده، راهنمای قطعی برای طراحی و ساخت آنهامشخصات طراحی پل AASHTO LRFDاین سند جامع که توسط انجمن آمریکایی مقامات راه بزرگ و حمل و نقل ایالات متحده (AASHTO) توسعه یافته و نگهداری می شود، نتیجه دهه ها تحقیق، آزمایش،و تجربه مهندسی عملی، خود را به عنوان استاندارد ملی برای طراحی پل های بزرگراه ایجاد می کند.

مشخصات طراحی پل AASHTO LRFD چیست؟

اساساً، مشخصات AASHTO LRFD مجموعه ای از قوانین، روش ها و روش های کدگذاری شده ای است که توسط مهندسان ساختاری برای طراحی پل های بزرگراه جدید و ارزیابی پل های موجود استفاده می شود.مخفف "LRFD" برایطراحی فاکتور بار و مقاومت، که نشان دهنده یک تغییر اساسی از فلسفه های طراحی قدیمی مانند طراحی استرس مجاز (ASD) یا طراحی فاکتور بار (LFD) است.

LRFD یکبر اساس احتمالاین روش به طور صریح عدم قطعیت های ذاتی هر دو بار را که یک پل باید در طول عمر خود تحمل کند (ترافیک، باد، زلزله، تغییرات دمایی و غیره) به رسمیت می شناسد.) و مقاومت (قوه) مواد (بتون)به جای استفاده از یک عامل ایمنی واحد و جهانی برای کاهش مقاومت مواد (مانند ASD) ، LRFD از عوامل مختلف استفاده می کند.عوامل بارگذاری(γ)عوامل مقاومت(φ)

• فاکتورهای بار (γ):این ضربات (بسیار از 1.0) است که به انواع مختلف بارها که ممکن است یک پل تجربه کند اعمال می شود.آنها احتمال اینکه بار واقعی ممکن است بالاتر از مقادیر نامی پیش بینی شده باشد را در نظر می گیرند.بارهای متغیر و کمتر قابل پیش بینی، یا آنهایی که دارای پیامدهای بالاتر از دست کم ارزیابی هستند،فاکتورهای بار بالاتر دریافت می کنند.
• عوامل مقاومت (φ):این ضربات (کمتر از یا برابر با 1.0) اعمال شده بر مقاومت اسمی یک جزء ساختاری (به عنوان مثال، یک مهره، یک ستون، یک توده) هستند. آنها عدم قطعیت در خواص مواد را در نظر می گیرند،کارسازی، ابعاد و دقت معادلات پیش بینی شده برای محاسبه قدرت استفاده می شود.فاکتورها بر اساس نظریه قابلیت اطمینان و داده های عملکرد تاریخی برای مواد مختلف و حالت های شکست کالیبراسیون می شوند..

الزامات اصلی طراحی در LRFD به صورت زیر بیان شده است:مقاومت فاکتورها ≥ اثرات بار فاکتورهادر اصل، قدرت قطعات پل، کاهش یافته توسط عامل مقاومت آن، باید بیشتر از یا برابر با اثر ترکیبی تمام بارهای اعمال شده باشد.هرکدام با فاکتور بار مربوطه خود تقویت می شونداین رویکرد در مقایسه با روش های قدیمی، اجازه می دهد تا سطح ایمنی منطقی تر و منسجم تر در انواع مختلف پل، مواد و ترکیب بار باشد.

حوزه اصلی کاربرد: پل های بزرگراه

مشخصات AASHTO LRFD به طور خاص برای طراحی، ارزیابی و توانبخشیپل های بزرگراهاین شامل طیف گسترده ای از سازه هایی است که ترافیک وسایل نقلیه را بر روی موانع مانند رودخانه ها، جاده ها، راه آهن ها یا دره ها حمل می کند. کاربردهای اصلی شامل:

1. طرح پل جدید:این کاربرد اصلی است. مشخصات چارچوبی را برای طراحی تمام عناصر ساختاری یک پل بزرگراه فراهم می کند، از جمله:

ساختار فوقانی:عرشه ها، نرده ها (فولاد، بتن، بتن پیش کشیده، کامپوزیت) ، تخته ها، پرتگاه ها، مفاصل گسترش.

زیرساخت:اسکله ها، ستون ها، ستون ها، سقف های اسکله ها، دیوارهای بال ها

بنیاد ها:پایه های گسترده، ستون های رانده شده (فولاد، بتن، چوب) ، چاه های سوراخ شده، دیوارهای پشتیبان بخشی از پل.

لوازم:چوکات، موانع، سیستم های تخلیه (به عنوان آنها مربوط به بار ساختاری است).

2. ارزیابی و رتبه بندی پل:مهندسان از اصول LRFD و فاکتورهای بار برای ارزیابی ظرفیت حمل بار پل های موجود استفاده می کنند و تعیین می کنند که آیا آنها می توانند بار های قانونی فعلی را به طور ایمن حمل کنند یا نیاز به قرار دادن دارند.تعمیر، یا جایگزین.
3. بازسازی و تقویت پل:در هنگام اصلاح یا ارتقاء پل های موجود، مشخصات مهندسان را در طراحی مداخلات هدایت می کند که ساختار را با استانداردهای فعلی مطابقت دهد.
4. طراحی لرزه ای:در حالی که گاهی اوقات در راهنماهای همراه (مانند AASHTOمشخصات راهنمای طراحی پل لرزه ای LRFD) ، مشخصات اصلی LRFD بارهای لرزه ای را ادغام می کنند و الزامات اساسی را برای طراحی پل ها برای مقاومت در برابر نیروهای زلزله، به ویژه در مناطق لرزه ای تعیین شده فراهم می کنند.
5. طراحی برای بار های دیگر:این مشخصات به طور جامع انواع بار و اثرات بسیاری دیگر که برای عملکرد پل حیاتی هستند را پوشش می دهد، از جمله بار های باد، نیروهای برخورد وسایل نقلیه (در اسکله ها یا ریل ها)بار آب و یخ، اثرات دما، خزیدن، کوچک شدن و جمع شدن.

این مشخصات برای پل های بزرگراه عمومی در جاده های طبقه بندی شده به عنوان " طبقه بندی عملکردی بزرگراه " شریان ، جمع کننده و محلی است.ساختارهای تخصصی مانند پل های متحرک یا پل هایی که بارهای فوق العاده سنگین را حمل می کنند ممکن است نیاز به معیارهای اضافی یا اصلاح شده داشته باشند..

ویژگی های متمایز مشخصات AASHTO LRFD

چندین ویژگی کلیدی مشخصات AASHTO LRFD را تعریف می کنند و به وضعیت آنها به عنوان استاندارد مدرن کمک می کنند:

1. کالیبراسیون مبتنی بر قابلیت اطمینان:این سنگ بنای است. عوامل بار و مقاومت به صورت تصادفی نیستند؛ آنها با استفاده از نظریه احتمال و پایگاه داده های گسترده آزمایش مواد، اندازه گیری بار،و عملکرد ساختاریاین هدف دستیابی به یک سطح هدف ایمنی ثابت و قابل اندازه گیری است (شاخص قابلیت اطمینان، βیک شاخص قابلیت اطمینان بالاتر برای حالت های خرابی با عواقب شدیدتر هدف قرار می گیرد.
2. درمان صریح حالت های مرزی چندگانه:طراحی فقط در مورد جلوگیری از فروپاشی نیست. LRFD نیاز به بررسی چندینکشورهای مرزی، هرکدام نشان دهنده شرایطی است که در آن پل از انجام عملکرد مورد نظر خود دست می کشد:

ایالت های محدوده قدرت:جلوگیری از شکست فاجعه بار (به عنوان مثال، تسلیم شدن، خم شدن، خرد شدن، شکستگی). این حالت اولیه با استفاده از معادله اصلی φR ≥ γQ است.

ایالت های محدوده سرویس:اطمینان از عملکرد و راحتی تحت بارهای سرویس منظم (به عنوان مثال، انحراف بیش از حد که باعث آسیب به پیاده روی می شود، ترک در بتن که دوام یا ظاهر را کاهش می دهد،ارتعاش باعث ناراحتی کاربر می شود).

شرایط محدودی برای حوادث شدید:تضمین بقای و قابلیت محدود در حوادث نادر و شدید مانند زلزله های بزرگ، برخورد کشتی های مهم یا سیل های سطح طراحی.شاخص های قابلیت اطمینان پایین تر اغلب به دلیل نادر بودن رویداد پذیرفته می شوند.

وضعیت مرزی خستگی و شکستگی:از شکست ناشی از چرخه های استرس مکرر در طول طول عمر پل جلوگیری کنید، که برای اجزای فولادی حیاتی است.

3. ترکیب بار یکپارچه:مشخصات ترکیبی صریح از بارهای (به عنوان مثال، بار مرده + بار زنده + بار باد؛ بار مرده + بار زنده + بار زلزله) را با عوامل بار خاص برای هر ترکیب فراهم می کند.این به رسمیت می شناسد که بار های مختلف که با هم عمل می کنند احتمالات مختلف رخ دادن و تعاملات بالقوه دارند.مهم ترین ترکیب طراحی را تعیین می کند.
4. مقررات خاص مواد:در حالی که فلسفه اصلی LRFD جهانی است، مشخصات شامل فصل های مفصل اختصاص داده شده به طراحی سازه ها با استفاده از مواد خاص (به عنوان مثال سازه های بتنی، سازه های فولادی،ساختارهای آلومینیومیاین فصل ها معادلات خاص مواد، عوامل مقاومت و قوانین دقیق را ارائه می دهند.
5. روی رفتار سیستم تمرکز کنید:در حالی که قطعات به صورت جداگانه طراحی می شوند، مشخصات به طور فزاینده ای بر درک و حسابداری رفتار سیستم، مسیرهای بار و افزایشی تاکید دارند.جایی که خرابی یک جزء به سقوط فوری منجر نمی شود.، به طور ذاتی امن تر است.
6. تکامل و اصلاح:مشخصات LRFD ثابت نیستند. AASHTO آنها را به طور منظم (معمولاً هر 4 تا 6 سال) از طریق یک روند اجماع دقیق با مشارکت DOT های دولتی ، کارشناسان صنعت ، محققان ،و FHWAاین شامل آخرین یافته های تحقیقات (به عنوان مثال، درک بهتر رفتار بتن، رویکردهای طراحی لرزه ای دقیق، مواد جدید مانند فولاد HPS یا UHPC) ،دروس حاصل از عملکرد پل (از جمله شکست ها) را بررسی می کند.، و به نیازهای در حال تکامل مانند پذیرش کامیون های سنگین تر یا بهبود انعطاف پذیری در برابر حوادث شدید پاسخ می دهد.
7. جامع بودن:این سند شامل یک دامنه عظیم، از فلسفه طراحی اساسی و تعاریف بار به جزئیات پیچیده از طراحی قطعات، تجزیه و تحلیل پایه، مقررات لرزه ای، الزامات هندسی,و ملاحظات ساخت و ساز. این تلاش می کند تا یک راهنمای مستقل برای طراحی پل های بزرگراه باشد.
8. استاندارد سازی ملی:با ارائه یک رویکرد یکپارچه و مبتنی بر علم، مشخصات AASHTO LRFD اطمینان از یک سطح سازگار از ایمنی، عملکرد و شیوه طراحی برای پل های بزرگراه در تمام 50 ایالت.این امر تجارت بین ایالتی را تسهیل می کند و روند بررسی طراحی را ساده می کند.

مشخصات طراحی پل AASHTO LRFD نشان دهنده پیشرفته ترین روش های مهندسی پل های بزرگراه در ایالات متحده است.فلسفه اصلی LRFD آن شامل نظریه احتمال و قابلیت اطمینان برای دستیابی به یک منطقی تر، سطح ایمنی سازگار و قابل اندازه گیری است.پوشش همه چیز از اصول اساسی تا قوانین طراحی پیچیده خاص مواد برای تمام اجزای اصلی پل تحت طیف گسترده ای از بارها و حالت های مرزی، آن را به مرجع ضروری برای طراحی پل های بزرگراه جدید، ارزیابی پل های موجود و برنامه ریزی بازسازی می کند.ویژگی های مشخص کننده مشخصات: کالیبراسیون مبتنی بر اطمینان، کنترل های صریح دولت، ترکیب بار یکپارچه، و تعهد به تکامل مداوم از طریق تحقیقات و تجربه عملی، تضمین می کند که این یک سند قوی و زنده باقی بماند.حفظ یکپارچگی و طول عمر زیرساخت های پل بزرگراه های حیاتی کشور برای دهه های آیندهبرای هر مهندس سازه ای که در کار پل های بزرگراه ایالات متحده مشغول است، تسلط بر مشخصات AASHTO LRFD نه تنها مفید است، بلکه اساسی است.