Abstract
In this paper, the vibration behavior of a suspension bridge due to moving vehicle loads with vertical support motions caused by earthquake is studied. The suspension bridge system is presented here by two coupled nonlinear cable–beam equations aiming to describe both the dynamic characteristics for the supporting cable and the roadbed, respectively. The dynamic effect of traffic vehicles are modeled as a row of equidistant moving forces, while the earthquake movement is simulated as the vertical oscillation of boundary supports. The governing integro-differential equations are transferred into a set of ordinary differential equations, which can be solved analytically in the present study. Furthermore, the world’s largest designed suspended bridge – Messina Bridge – is examined (central span of length 3.3 km) and the modified Kobe earthquake records is applied to the calculations in order to validate the present study and the proposed methodology. As a result, the deformation of the cable produces more oscillations than that of the beam since the material property of the cable is more flexible. It is shown that the interaction of both the moving loads and the seismic forces can substantially amplify the response of long-span suspension bridge system especially in the vicinity of the end supports
چکیده
در این مقاله رفتار ارتعاشی یک پل معلق تحت بارهای وارد شده از یک وسیله ی متحرک و حرکت های عمودی ناشی از زمین لرزه در تکیه گاه ها مورد بررسی قرار می گیرد. در اینجا سیستم پل معلق با استفاده از دو معادله کوپل شده غیرخطی مربوط به کابل و تیر با هدف توصیف مشخصه های دینامیکی به ترتیب برای کابل های تکیه گاهی و زیرسازی در مقاله نشان داده شده است. اثر دینامیکی رفت و آمد وسایل نقلیه به صورت ردیفی از نیروهای متحرک با فاصله برابر مدل شده است، در حالی که حرکت زمین لرزه به صورت ارتعاش عمودی در تکیه گاه های مرزی شبیه سازی شده است. معادلات انتگرالی- دیفرانسیلی حاکم بر مسئله به یک سری از معادلات دیفرانسیلی معمولی تبدیل شده است، تا در این بررسی به صورت تحلیلی قابل حل باشند. علاوه براین، بزرگ ترین پل معلق طراحی شده در جهان به نام "پل مسینا" (با دهنه مرکزی 3.3km) مورد بررسی قرار گرفته است و داده های ثبتی اصلاح شده در هنگام زمین لرزه Kobe در محاسبات اعمال شده است تا بررسی انجام شده و روش پیشنهادی را صحه گذاری نماییم. در نهایت اینگونه نتیجه گیری شده که تغییر شکل کابل ها، نوسان های بیشتری را در مقایسه با تیر ایجاد می کند چرا که خصوصیات مواد به کار رفته در کابل انعطاف پذیری بیشتری دارند. همچنین نشان داده شده است که اساسا تعامل هر دو نیروی جابه جایی و نیروهای مربوط به زمین لرزه می توانند پاسخ سیستم های پل معلق با دهنه بلند بخصوص در حوالی تکیه گاه های انتهایی را تشدید کنند.
1-مقدمه
مهندسان سازه اغلب در هنگام آنالیز معادلات مربوط به سازه های با دهنه بزرگ تحت زمین لزره، با مشکل حرکت های چندگانه ی تکیه گاهی مواجه میشوند [1-6]. به عنوان مثال، پاسخ لرزهای ناشی از زمین لرزه در یک پل معلق، یک مسئله ارتعاشی تکیه گاهی چند نقطه ای معمولی است که از اثر انتشار موج های لرزهای در محل ساخت ناشی میشود....