مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

2.2. شبیه سازی بار ترافیکی تصادفی. شبیه سازی بار ترافیکی تصادفی بوسیله نوع، سرعت، فاصله، خطوط رانندگی و وزن وسیله نقلیه تعریف می گردد. بمنظور تجزیه و تحلیل خستگی در مطالعه موجود، نمونه ترافیک تصادفی با توجه به نقش پارامترها در صدمه خستگی ساختاری بهبود یافت. تأثیر تنش اثر گذار خط عرشه فولادی تصادفی درون دو دیافراگم حدود 3.2m هستند، که در مطالعه موردی نشان داده می شود. بنابراین نوع وسیله نقلیه و مسیر رانندگی مانند وزن محور بمنظور شبیه سازی بار تصادفی کامیون انتخاب گردید. دو دلیل برای انتخاب پارامترهای انتخاب شده وجود دارد. ابتدا فاصله گذاری وسیله نقلیه حذف گردید زیرا فاصله وسیله نقلیه بین دو کامیون در خط ترافیک یکسان معمولا بزرگتر از مسیر تنش اثر گذار می باشد. بعلاوه، در نظر گرفتن فاصله گذاری وسیله نقلیه تلاش محاسباتی را در درجه بندی داخلی تجزیه و تحلیل ناپایدار افزایش می دهد. دوما، فاصله گذاری محور و همچنین مسیر رانندگی در ترکیب بندی وسیله نقلیه مورد توجه قرار گرفت، زیرا مسافت فاصله گذاری دو محور و دو مسیر ترافیکی به خط تنش تأثیرگذار نزدیک هستند. نهایتا، سرعت رانندگی به عنوان یک مقدار ثابت جهت در نظر گرفتن اثر دینامیک در مد نظر قرار گرفته شده است. وسایل نقلیه با GVW کمتر از 30kN مد نظر قرار نگرفت، زیرا این وسایل نقلیه اثر کمی بر صدمه خستگی دارند. با توجه به توضیحات بالا، نمونه ترافیکی تصادفی بوسیله سه متغیر تصادفی نوع وسیله نقلیه، وزن محور و مسیر رانندگی شکل گرفت. با توجه به سه پارامتر نشان داده شده در بالا، نمونه بار ترافیکی تصادفی را می توان بوسیله شبیه سازی Monte Carlo ایجاد نمود. فاکتور رشد خطی حجم ترافیک روزانه کامیون (ADTT) 0.5% فرض گردید.
3. متدلوژی
3.1. مبانی نظری. از آنجاییکه هر وسیله نقلیه بلوک های تنش خستگی را در پل روگذر تحریک می نماید، بلوک های تنش خستگی دارای زمان و دامنه متغیر هستند. دو جنبه بایستی برای تجمع آسیب خستگی کامیون بیشتر مد نظر قرار بگیرد. اولا، منحنی S-N باید با در نظر گرفتن ویژگی های تنش پایین و چرخش بالای بلوک های تنش خستگی کامیون تعیین گردند. دوما، گروه های اتصال جوش باید در منحنی S-N قرار بگیرد. مشخصه کد 3 اروپایی در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفت، زیرا توجه کامل به ویژگی ها در بالا نشان داده شده است.

3.2. چارچوب محاسباتی پیشنهادی. فرآیند اصلی که نمونه بار ترافیکی مذبور به عملکرد وضعیت محدود خستگی متصل نموده، مدلسازی احتمالی محدوده تنش خستگی بشمار می رود. سه مرحله برای رویکرد سنتی جهت ارزیابی تجمع آسیب خستگی وجود دارد. اولا تاریخچه تنش نقطه خستگی بحران را بموجب بار کامیون در حال حرکت شبیه سازی کنید. دوما تاریخ را با استفاده از روش جریان باران به بلوک های تنش تبدیل کنید. بالاخره آسیب خستگی منحصر بفرد بوسیله منحنی S-N و قانون Miner ارزیابی و انباشته می شوند. بهرحال، این چارچوب برای بار کامیون تصادفی بدلیل مشکل زمان بر ایجاد شده بوسیله اجرای چندین مرتبه کامپیوتر نامناسب است. بنابراین یک چارچوب محاسباتی برای مدلسازی احتمالی ارائه گردیده است.
بمنظور حل مسئله زمان، یک متدلوژی سطح واکنش (RSM)، که به عنوان مدل متا از آن استفاده شده است، بمنظور جایگزین شدن با مدل FE مورد بهرمندی قرار گرفته است. عملکرد سطح واکنش که رابطه بین وزن محور وسیله نقلیه و محدوده تنش هم ارز را توصیف نموده تخمین زده شدند. فلوچارت توضیح کل فرآیند در شکل 4 بطور خلاصه نشان داده شده است. دو فرآیند اصلی از جمله تخمین عملکرد سطح واکنش و مدلسازی احتمالی محدوده تنش هم ارز وجود دارد.

3.2.1. تخمین عملکرد سطح واکنش. از آنجاییکه هر مسیر کامیون بدلیل اثرات چند-محوری و پویا چندین بلوک تنش تحمیل نموده، رابطه بین بار محور و محدوده تنش هم ارز پیچیده است. ادغام طراحی متحد الشکل (UD) و RSM که برای ارزیابی قابلیت اعتماد ارزیابی استفاده شده، بمنظور تخمین عملکرد ضمنی بین وزن محور و محدوده تنش هم ارز مورد استفاده قرار گرفته است. از آنجاییکه 6 نوع وسیله نقلیه وجود دارد، تعداد کل 6 عملکرد برای تمام کامیون ها ضروری می باشد. اول از همه، مرز بالا و پایین GVW باید مشخصص گردد و چندین نمونه توزیع متحد الشکل در ناحیه تعریف شده از طریق رویکرد طراحی متحد الشکل ایجاد گردد. سپس یک آنالیز مؤلفه محدود بمنظور ارزیابی سوابق تنش در مسیر کامیون صورت پذیرد و سوابق تنش از طریق جریان باران به بلوک های تنش تبدیل گردد. در نتیجه بلوک های تنش دامنه متغیر به بلوک های تنش دامنه ثابت تبدیل می گردند. از اینرو دامنه های ورودی و خروجی بدست می آیند. عملکرد سطح واکنش را میتوان با توجه به نوع وسیله نقلیه با نمونه های UD بالا تخمین زد.

3.2.2. مدلسازی احتمالی بر اساس GMM. با توجه به عملکرد سطح واکنش تخمینی، مدلسازی احتمالی را می توان بطور کارآمد انجام داد. هدف از مدلسازی احتمالی ایجاد نمونه احتمالی محدوده تنش هم ارز می باشد. PDF محدوده تنش هم ارز پیچیده بوده و احتمالا مناسب عملکرد توزیع Gaussian یا Lognormal نیستند. بمنظور رسیدگی به این مشکل، نمونه ترکیب Gaussian (GMM) در مطالعه کنونی مورد استفاده قرار گرفته است. GMM قسمتی از توزیع ترکیب محدود بوده که برای توزیع احتمالی و پیچیده مدلسازی مورد استفاده قرار گرفته و مدلسازی آماری متغیرهای تصادفی را با رفتار چند وجهی تقویت می نماید.

4. مورد پژوهشی
یک پل با جعبه تیر آهن فولادی مجزا در اینجا به عنوان نمونه آزمایشی بمنظور نشان دادن کاربرد نمونه خستگی تصادفی بار کامیون مختص مکان برای ارزیابی قابلیت اطمینان مورد استفاده قرار گرفته است. تأثیر پارامترها در نمونه بار ترافیکی تصادفی بر شاخص قابلیت اطمینان مورد بحث قرار گرفته است.
4.1. پل نمونه اصلی. یک پل نمونه اصلی پل با جعبه تیر آهن فولادی در سیچوان چین قرار دارد. چهار مسیر عبور و مرور در جهت مخالف قرار دارد. ابعاد نیمه مقطع عرضی و یک تیرچه U در شکل 5 نشان داده شده است.
نمونه مؤلفه محدود در شکل 6 با استفاده از برنامه تجاری ANSYS ایجاد شده است. در نمونه مؤلفه محدود خط قاطع وابسته به عرض جغرافیایی و طول عمودی بطور نسبی 12.8m، 15m و 3m هستند. عرشه و تیرچه های U با مؤلفه های چهار ضلعی شبکه بندی شده اند، در حالیکه صفحات تقویتی طولی، صفحات دیافراگم و صفحات وب با مؤلفه های مثلثی شبکه بندی شدند.

4.2. آمار متغیرها. مدلسازی احتمالی این متغیرها در (3) یک امر ضروری بمنظور ارزیابی قابلیت اعتماد بحساب می آید. شاخص آسیب و ضریب قدرت خستگی از لحاظ مقاومت از توزیع logonormal پیروی می-کنند. فاکتور توزیع عرضی محور کامیون از توزیع نرمال با مقدار میانگین 0.3 و ضریب متغیر 1 پیروی می-کند. بر اساس فرضیه فوق، آمار متغیرها در LSF در جدول 3 نشان داده شده اند. با توجه به اتصال تیرچه به عرشه و درز نوک به نوک به عنوان مثال، پارامترهای تعیین شده در مشخصه Eurocode 3 در جدول 4 نشان داده شده اند.

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

هدف اصلی از تحقیق پیش رو، ارائه مدل و برنامه ای است که رفتار عرشه یک پل بتنی را که در معرض چره بار ترافیکی سنگین است پیش‌بینی نماید. در این تخقیق، این کار توسط یک برنامه المان محدود پیشرفته مطلب موسوم به «ریزویت دات ام » انجام می شود. این برنامه اثر خطای تخمینی و بی قطعیتی را بر عملکرد و سطح سرویس پل ارزیابی می‌نماید.
شاخصهای اطمینان‌پذیری برای حالت های حدی سرویس دهی عرشه در شرایط زمانی مختلف مورد محاسبه قرار گرفته‌اند. در مقررات استاندارد یوروکد، نتایج آنالیز اطمینان‌پذیری به عنوان اساس ارزیابی بحرانی مورد استفاده قرار می‌گیرد و سپس این استاندارد در این راستا اصلاحات و توصیه‌هایی را پیشنهاد داده است.

2. مصالح و روش ها
2.1. تخمین پارامترهای اطمینان‌پذیری عرشه پل
المان بار در پل ها بزرگراهی را می توان به چندین گروه تقسیم نمود از جمله بار مرده، بار زنده، (استاتیک و دینامیک)، بارهای محیطی (دما، باد، زمین لرزه، فشار هوا، یخ) و بارهای دیگر (خوردگی، بار ناشی از ترمزگیری). المان های بار، متغیرهای تضادفی محسوب می شوند و تغییرات آنها توسط تابع توزیع تجمعی (CDF) توصیف می‌شود یعنی یک مقدار میانگین و یک ضریب پراکندگی [8]. ابتدایی‌ترین ترکیب بار برای پل های بزرگراهی در مطالعه پیش رو به صورت ترکیب بار مرده، بار زنده و بار دینامیک (بارهایHA و HB) در نظر گرفته شده است.

2.2. مدل پل
مطالعه موردی استفاده شده یک عرشه پل ساده است که از دو دهانه مساوی 15 متری ساخته شده و هر کدام طول 30 متر را پوشش موثر می دهد و موقعیت آن در یک فضای باز است. این پل دارای یک سطح مقطع باز با 7 عدد تیر بتون آرمه طولی از نوع پیش‌ساخته است که با فاصله مساوی 1.7 متر از یکدیگر قرار داده شده‌اند. لبه های بالایی تیرهای طولی پیش ساخته به قطعه دالعرشه به عمق 0.2 متر سوار است که خود به یک شمش تخت پیش ساخته با ضخامت 0.05 متر متصل است. قسمت روی سازه از صفحات تکیه گاه به قسمت تحتانی سازه متصل شده است. فونداسیون پل متشکل است از شمع‌های بتون آرمه با دال های بتنی (سرشمع). عرض کل پل 11 متر است. راه ماشین‌رو 7.3 عرض و پیاده راه آن در هر سمت به عرض 1.5 متر است.

2.3. مصالح ساختمانی
مصالحی که انتخاب شده مطابق با استاندارد اروپایی یوروکد2، بخش 2، بتن کلاس C40/C50 ، و تقویت آن از نوع فولاد S500 است.
وزن مخصوص بتن γ=25.0KN/m3 است، وزن وخصوص بتن آسفالت برابر با 23.5KN/m3 است. وزن دیوار جان‌پناه ‌0.5KN/m است.

2.4. ارزیابی حالت حدی
مقررات طراحی سازه های بتن آرمه در استاندارد یوروکد 2، تابع فاکتورهای ایمنی در راستای برطرف‌سازی عدم قطعیت است. هرچند، موثرترین راه برای برطرف کردن این ابهامات و بی‌قطعیتی‌ها در تحلیل سازه، استفاده از روش اطمینان‌پذیری است [12].

تکنیک آنالیز مبتنی بر اطمینان‌پذیری یک فرایند احتمالات محور است و برای جایی استفاده می‌شود که بارها و استقامت مصالح ساختمانی و سطح مقطع‌ها همگی توسط توزیع های شناخته شده و بدیهی و بر حسب نوع توزیع و انحراف متوسط و انحراف معیار آنها نمایش داده می شود [11]. در این مقاله از آنالیز اطمینان‌پذیریبرای آزمون تاثیر عدم‌قطعیت‌ها در طراحی سازه ها به کار برده می شود.
در این مقاله، افت میزان ظرفیت یک قطعه در بتن آرمه سازه که ناشی از برش و خمش باشد، لحاظ و توابع حالت حدی نیز ارائه شده است. توابع حالت حدی زیر با استفاده از روشاطمینان‌پذیری درجه اول مورد ارزیابی قرار گرفته است
فرایند آنالیز کامپیوتری
برنامه مطلب ریزویت ام. با استفاده از الگوریتم اطمینان‌پذیری درجه اول برای عرشه پل RC پشتیبانی شده برنامه نویسی شده است (که قابل مشاهده در شکل های 4 و 5 است). این برنامه برای ارزیابی توابع حالت حدی (معادلات 7، 11 و 20) و احتمالات شکست و بررسی شاخص های ایمنی تحت مودهای شکست ناشی از خستگی استفاده شده است. در این مودها خمش و برش مطابق با مشخصه های استاندارد یوروکد و تحت تاثیر شرایط مختلف زیر ثبت شده اند:
1. عمق های مختلف دال عرشه (بتن و آسفالت) (200 تا 300 میلی متر)
2. ضریب تغییرات بر حسب عدم قطعیت مدل بار ترافیکی تحت شرایط خمش دال (5% تا 20%)
3. تغییر در عمق تیر بر حسب برش (1 تا 1.2 متر)
4. شریب تغییرات بر حسب برش تیر در استقامت بتن (5% تا 20%)
5. ضریب تغییرات بر حسب عدم قطعیت مدل استقامت تحت شرایط خمش تیر (5% تا 20%)