توضیحات

سمینار آماده اندرکنش خاک و سد

محصول حاضر شامل 93 صفحه فایل word تحقیق و سمینار اندرکنش خاک و سد و فایل PDF اصل مقالات مورد بررسی و ترجمه آنها می باشد که برای تحقیقات و پایان نامه ها مورد استفاده می باشد.

چکیده:

پدیده اندرکنش سد و فوندانسیون به عنوان یکی از عوامل مهم تخریب و ایجاد خسارت در سدها شناخته شده است. از این رو ارائه یک مدل جامع و واقعی در مورد این پدیده از مسائل با اهمیت در طراحی سد ها می باشد. این پدیده در ابتدا به وسیله روابط تجربی و تحلیلی ساخت مدل هایی با ابعاد کوچک مورد بررسی قرار می‌گرفت که این روشها علاوه بر مشکل عدم تطابق کامل با نمونه اصلی دارای هزینه اجرایی بالایی بودند. امروزه با در دسترس قرار گرفتن کامپیوتر ها استفاده از روش های محاسباتی عددی ریاضی به عنوان مناسب ترین روش جهت انجام این محاسبات شناخته شده است در این پژوهش به بررسی تئوری حاکم بر پدیده اندرکنش سد و فوندانسیون و معادلات حاکم بر آن پرداخته شده است.

 

مقدمه:

در دهه های اخیر به موضوع ایمنی در سدهای بتنی بسیار توجه شده است یکی از دلایل این امر اقتصادی شدن طرح ها و همچنین بالا رفتن عمر سدهای موجود می باشد و از طرفی با توجه به اینکه یکی از وقایع طبیعی که پایداری سد را همیشه تهدید کرده است زلزله می باشد بنابراین بررسی رفتار سد در طول زلزله های قوی یکی از اصول ارزیابی ایمنی سدهای موجود است. نیروی زلزله از طریق فوندانسیون یا خاک زیر صد به آن وارد می شود بنابراین یکی از مهمترین پارامترها در بررسی پایداری این سازه عظیم در طول زلزله شناخته فوندانسیون و بررسی تاثیر آن در پاسخ سدها به تخریب تحریک زلزله می باشد.

بدین ترتیب در جامعه مهندسی علاقه وافری برای ایجاد و کاربرد یک فرایند قوی برای تحلیل غیر خطی و تا حد امکان نزدیک به واقع این واقعیت سد های بتنی تحت اثر بارهای مختلف به ویژه بارهای دینامیکی ناشی از زلزله دیده می شود و بررسی رفتار سرد در طول زلزله های قوی یکی از اصول اساسی ارزیابی ایمنی سدهای موجود می باشد. وقتی سازه از نوع سازه های حجیم و سنگین باشد و یا نه توان از تربیت سازه در مقابل صلبیت خاک و پی سنگی صرفنظر کرد تاثیر اندرکنش خاک و سازه حائز اهمیت می شود. تحت این شرایط تحریک ورودی به سد را نمی‌توان تنها ناشی از تحریک ابتدایی زمین در نظر گرفت و این تحقیق خود تحت تأثیر اندرکنش سد و خاک قرار خواهد گرفت اثر برهمکنش ای که ضربه های سرد به تحریک ورودی از طرف فوندانسیون خواهد گذاشت نهایتاً منجر به شکل‌گیری تحریک واقعی می شود که اصطلاحاً تحت عنوان اثرات اندرکنش سد و فوندانسیون مورد بررسی قرار می گیرد.

در تلاش های اولیه جهت بررسی تاثیر زلزله سدها به صورت صلح و بر روی یک بستر سالم در نظر گرفته می‌شدند به این ترتیب نیروی موثر زلزله بر هر بخش سازه از حاصلضرب شتاب زلزله در جرم آن بخش به دست می‌آمد این نیرو با نیروهای ثقلی و فشار هیدرواستاتیک ترکیب شده و سپس با ارضای معیارهای واژگونی و لغزش وطنش تنش مجاز و با در نظر گرفتن ضرایب اطمینان به حد کافی بزرگ سد های بتنی طراحی می گردیدند. لذا به منظور تخمین ایمنی سدهای موجود تعیین کارایی اصلاحات ارائه شده برای بهبود سد های قدیمی و تخمین طراحی های پیشنهادی برای اجرای سدهای جدید توانایی برآورد اثرات زلزله بر سدهای بتنی امری ضروری است.

 

اندرکنش خاک-سازه:

مطالعه اندرکنش خاک-سازه (Soil-Structure interaction=SSI) به حوزه مهندسی سازه و خاک مربوط می‌باشد.. بسیار مهم است که به پاسخ‌های سازه تحت نیروهای ایجاد شده در اثر اندرکنش خاک و سازه توجه ویژه شود. این نیروهای به شکل تحریکات لرزه‌ای می‌باشند.

کمیته محققین مهندسی با مسئله بررسی اثرات اندرکنش خاک-سازه روبرو بوده و تنها زمانی که این نیروهای اثر قابل ملاحظه‌ای بر حرکت زمین در مقایسه با حرکات زمین ثبت شده آزاد داشته باشد، مسئله بحرانی می‌گردد. زمین‌لرزه‌ سطح آزاد را می‌توان به عنوان حرکت ثبت شده در سطح خاک، بدون منظور اثرات سازه تعیین نمود. پاسخ سازه به یک زلزله به شدت به اندرکنش سیستم‌های متصل به هم، به صورت عمده سه سیستم زیر بستگی دارد:

• سازه

• فنداسیون

• خاک زیر فنداسیون

تحلیل اندرکنش خاک-سازه یک روش برای ارزیابی مجموعه پاسخ سه سیستم در بالا ذکر شده متصل به هم است که تحت یک زمین‌لرزه مشخص قرار می‌گیرد. اندرکنش خاک-سازه به صورت یک فرآیند که در آن پاسخ‌های بدست آمده از حرکت خاک بر روی سازه و اثرات سازه بر پاسخ‌های بدست آمده از خاک موثر است، تعریف می‌شود. این روند پدیده‌ای است که در آن تغییرمکان‌های سازه و تغییرمکان‌های زمین نسبت به یک دیگر مستقل نمی‌باشند. اساسا نیروهای خاک-سازه نیروهای اندرکنشی هستند که برای هر سازه اتفاق می‌افتد.

 

کاربردهای اندرکنش خاک-سازه:

• در سازه‌های سنگین مانند برج‌ها، سازه‌های هیدرولیکی و سازه‌های نیروگاه‌ها

• در سازه‌های زیرزمینی مانند مخازن مدفون، تونل‌ها و …

• برای سازه‌هایی که اثرات P-∆ در آنها قابل ملاحظه است، تحلیل اندرکنش خاک-سازه بسیار مفید است.

• مطالعه SSI نقش اساسی در فنداسیون‌های عمیق، سازه‌هایی که روی خاک‌ نرم قرار داشته، سازه‌های بلند یا با پهنای کم

اثرات اندرکنش خاک-سازه:

اثرات SSI بیشتر به سبب اثرات مخرب آن مورد توجه است. همانطور که گفته شد، اگرچه مطالعات نشان داده که طراحی براساس اندرکنش خاک-سازه پریود سیستم را افزایش می‌دهد، اما افزایش پریود همواره مناسب نیست. یک افزایش طول موج در امواج لرزه‌ای در محل سایت‌های با خاک نرم رسوبی مشاهده می‌شود. این موجب افزایش پریو طبیعی شده که منتج به رزونانس یا پدید تشدید می‌شود. این اتفاق در پریودهای ارتعاشی طولانی وقوع می‌یابد.

اگر پریود سیستم افزایش یابد، پاسخ شکل‌پذیری نیز افزایش می‌یابد. این عامل موجب تغییرشکل‌های ماندگار و خرابی خاک که بیشتر وضعیت پاسخ لرزه‌ای را نامطلوب می‌سازد. در یک سازه تحت نیروهای لرزه‌ای (تحریکات لرزه‌ای)، اندرکنشی بین خاک و فنداسیون که تغییرات را در زلزله ورودی ایجاد می‌نماید، وجود دارد. اندرکنش خاک-سازه دارای سه نوع اثر یا پدیده مطابق با FEMA P-750, NEHRP است.

• اندرکنش سینماتیکی (میرائی و سختی فنداسیون)

• اندرکنش اینرسی (تفاوت بین زلزله سطح آزاد و سطح فنداسیون)

• اثرات انعطاف‌پذیری خاک فنداسیون

 

اندرکنش سینماتیکی:

تغییرمکان خاک به دلیل زمین لرزه حرکت سطح آزاد گفته می‌شود. این حرکت سطح آزاد توسط فنداسیونی که بر روی خاک قرار دارد پیروی نمی‌شود. اندرکنش سینماتیکی به دلیل ناپایداری فنداسیون برای فرو رفتن در خاک یا حرکت سطح آزاد زمین است.

اندرکنش اینرسی:

اینرسی توسعه یافته در یک ارتعاش سازه‌ای موجب ایجاد برش، لنگر پایه و تحریک پیچشی می‌شود و این نیروها موجب تغییرمکان و چرخش فنداسیون نسبت به سطح آزاد می‌گردد. این تغییرمکان‌ها و چرخش‌های نسبی تنها ممکن است چون در راستای سیستم خاک-فنداسیون قرار دارد، که مشارکت اساسی در انعطاف‌پذیری سازه‌ای در برخی موارد دارد. علاوه‌ بر این، حرکت نسبی فنداسیون-سطح آزاد موجب اتلاف انرژی به وسیله میرائی تابشی (میرائی همراه با انتشار امواج در زمین دور از فنداسیون، که به عنوان منبع موج عمل می‌کند) و میرائی هیسترتیک خاک می‌گردد. این اتلاف انرژی تاثیر به سزائی بر میرائی کلی سیستم سازه-فنداسیون-خاک دارد. چون این اثر از اینرسی سازه نتیجه می‌شود، به آن اندرکنش اینرسی گفته می‌شود.

زمانیکه سطح ارتعاش زمین پایین است، اثرات سینماتیکی SSI برجسته‌تر است. این موجب طولانی شدن پریود و افزایش میرائی تابشی می‌شود. زمانیکه ارتعاش شدید شروع می‌شود، میرائی تابشی به مدول زوال خاک در حوزه نزدیک (Near field) و فواصل شمع‌های زیر خاک محدود می‌شود.

در این موقعیت، میرائی اینرسی برجسته است. این مورد موجب تغییرمکان بیشتر نزدیک سطح زمین می‌شود که موجب آسیب رسیدن به فنداسیون و شمع‌ها می‌شود.

مطالعات زلزله‌های گذشته و اخیر نشان می‌دهد که پاسخ سازه تحت تاثیر عوامل زیر است:

پاسح از فنداسیون

پاسخ از خاک

اثر SSI دلیل بزرگ تخریب سازه‌های بزرگ در هنگام زلزله است. یک نمونه بزرگراه Hanshin در طول زلزله Kobe در سال ۱۹۹۵ را می‌توان یاد کرد. در ادامه فاکتورهایی که اثرات فوق را توضیح میدهند ارائه شده است.

 

تفاوت موجود بین حرکت سطح آزاد و حرکت ورودی فنداسیون:

تفاوت به دلایل زیر است:

• اندرکنش سینماتیکی

• تغییرمکان نسبی بین فنداسیون و سطح آزاد

حرکت‌های فنداسیون توسط المان‌های سخت فنداسیون تولید می‌شود که ممکن است در زیر یا بالای سطح زمین قرار گرفته باشند.

 

تحلیل اندرکنش خاک و سازه:

در گذشته در تحلیل سازه‌ها خاک و سازه را به صورت کاملاً مجزا از یکدیگر در نظر می‌گرفتند. به این صورت که سازه را جدا از خاک تحلیل و طراحی می‌کردند (خاک زیر سازه را صلب در نظر می‌گرفتند)، و خاک را نیز جدای از سازه تحلیل و طراحی می‌نمودند طراحی سازه به طور مجزا در دو صورت می‌تواند منجر به حل رضایت بخش شود.

• ‌زمین، تحمل بارگذاری، با تغییر مکان‌های قابل قبول را داشته باشد.

• ‌زمین به وسیله بعضی تکنیک‌های مناسب، به سختی و مقاومت مطلوبی برسد.

در تحلیل کلاسیک سازه‌ها بطور معمول، تکیه سازه بر خاک به صورت ساده و بدون در نظر گرفتن تغییر شکل خاک مدلسازی می‌شود. در تحلیل لرزه‌ای سازه‌ها نیز حرکت میدان آزاد زمین، که در آن وجود سازه در حرکت زمین منظور نمیشود، به تکیه گاه‌های مزبور اعمال می‌شود. در صورتی که سختی سازه و پی در نظر گرفته شود، حرکت خاک در مجاورت سازه با حرکت میدان آزاد متفاوت خواهد بود، این اثر اندرکنش جنبشی نامیده می‌شود. همچنین پاسخ دینامیکی سازه نسبت به شتاب پایه، سبب تغییر شکل خاک خواهد شد. این پدیده اندرکنش اینرسی نامیده می‌شود. مجموع دو اندرکنش جنبشی و اینرسی، اندرکنش خاک و سازه نام دارد و نشانگر اثر حرکت خاک بر پاسخ سازه و حرکت سازه بر پاسخ خاک است‌.

در تحلیل‌های متداول دینامیکی یک سازه، روش معمول به این صورت است که حرکت میدان آزاد زمین در محل ساخت تعیین شود و حرکت به دست آمده به پای سازه،‌ به صورت صلب‌، اعمال می‌شود. این مورد در حالتی صحیح است که ساختمان بر روی سنگ بنا شده باشد. در حالت قرار گرفتن سازه بر روی خاک نرم، وضعیت کاملاً متفاوت است و یک مولفه دورانی ناشی از انعطاف پذیری تکیه گاه بر حرکات افقی پی اضافه می‌شود. قسمتی از انرژی ارتعاشی سازه می‌تواند با انتقال به خاک زیر پی، بر اثر میرائی تشعشعی حاصل از انتشار موج و میرائی هیسترزیس مصالح خاک تلف شود. در صورتی که در حالت کلاسیک با صلب فرض کردن خاک زیر سازه این اتلاف انرژی در نظر گرفته نمی‌شد در این حالت در هنگام وقوع زلزله، رفتار غیرخطی خاک زیرین و وقوع پدیده اندرکنش خاک و سازه، در پاسخ سازه‌ای به صورتی نتیجه می‌دهد که می‌تواند کاملاً متفاوت از پاسخ یک سازه با پای صلب قرار گرفته تحت اثر حرکت میدان آزاد زمین باشد‌. در موارد زیادی این اختلاف اندک بوده و قابل چشم پوشی است.

 

 

بقیه سرفصلهای سمینار آماده اندرکنش خاک و سد:

انواع اندرکنش ها

برنامه های کامپیوتری برای آنالیز سد

تاریخچه تحقیق اندرکنش خاک و سد

 

مقالات مورد بررسی در سمینار آماده اندرکنش خاک و سد:

1- بررسی حرکات زمین در هنگام زلزله برای پیش بینی واکنش سدهای وزنی در برابر ترک خوردگی

نویسندگان: لگر و رکلرد (1996)

 

2- محاسبه ی تنش های موجود در سد وزنی بتنی تحت بارگذاری ارتعاشی (مربوط به زمین لرزه) از طریق مدل شبکه های عصبی مصنوعی (ANN) و  FEM

 

3- ورودی غیر یکنواخت زمین لرزه برای اندرکنش پایه (فونداسیون)- سد

 

4- مدل سازی یک سد بتنی تحت بارگذاری زمین لرزه ای با روش میکروصفحات غیر متمرکز

 

5- تجزیه و تحلیل ساختاری و مخاطرات ارتعاشی مربوط به سد قوسی- بتنی (سد رولز بر روی رودخانه ی گوادلوفو)

 

6- ارزیابی تخریب دینامیکی مربوط به اسلب های بتنی قرار گرفته بر روی سد سنگ ریزه ای با مدل تخریب پلاستیک

بازدیدها: 116