بررسی میدانی و عددی گرادیان‌ حرارتی پل بتنی-صندوقه ای "جناح"

Abstract

بارهای حرارتی غیر یکنواخت از جمله گرادیان­های حرارتی قائم و عرضی تاثیرات مخربی در پل­های صندوقه­ای داشته و لازم است که در طراحی­ها مورد توجه مهندسین قرار گیرد. در ضوابط ارائه­شده در نشریه 139 ایران بصورت کلی به مفاهیم و ضوابط گرادیان حرارتی پرداخته شده که با توجه به تنوع آب و هوایی در کشور ایران، متاسفانه ضوابط ارائه­شده جوابگو نمی­باشد. در این مقاله با انجام آزمایش میدانی بر روی پل­ صندوقه­ای جناح در شهر تهران و با استفاده از تجهیزات ابزار دقیق، گرادیان­های حرارتی قائم و عرضی محاسبه گردیده و با ضوابط ارائه­شده در نشریه 139 ایران مقایسه گردید. داده های ثبت شده نشان می دهد که حداکثر اختلاف دما در ساعت 14:30 با مقدار 8/8 درجه سانتی گراد رخ می دهد، در حالی که با در نظر گرفتن گرادیان جانبی، حداکثر اختلاف دما در ساعت 11:30 با مقدار 9/2 درجه سانتی گراد رخ می دهد. با اعمال گرادیان عمودی در مدل المان محدود پل جناح، حداکثر تنش حرارتی در تقاطع تار و فلنج بالایی با مقدار 96/1 مگاپاسکال و حداکثر انحراف 36/4 میلی‌متر در فاصله میانی پل ایجاد می‌شود. به عنوان راه حلی برای کاهش اثرات منفی گرادیان های حرارتی، استفاده از عایق پلی یورتان در مدل FE پیشنهاد و مدل سازی شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که استفاده از عایق پلی‌اورتان به ضخامت های 2، 3، 5 و 6 میلی‌متر می‌تواند دمای دال بالایی را به ترتیب از6/33 به 5/30 ، 16/29 ، 5/27و 4/26 درجه سانتی‌گراد کاهش دهد، که منجر به کاهش تنش از 96/1 به 65/1، 35/1، 63/0و 38/0 مگاپاسکال خواهد شد. همچنین با استفاده از عایق می توان انحراف پل را کاهش داد که در این مطالعه حداکثر انحراف دهانه 48 متری با استفاده از عایق پلی‌اورتان به ضخامت های 2، 3، 5 و 6 میلی‌متر از 36/4 به 57/3، 86/2، 63/1و 07/1 میلی متر کاهش می یابد. همچنین راهکار مناسب برای کاهش تنش­های حرارتی حاصل از گرادیان­های حرارتی پیشنهاد و بررسی گردید و نتایج مدلسازی نشان داد که با استفاده از عایق پلی­اورتان، می­توان میزان جذب انرژی خورشید توسط سطح فوقانی صندوقه را کاهش داد و به طبع آن، تنش­های حرارتی حاصل از گرادیان حرارتی را کاهش داد.