بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسي اثر فاصله شمع ها بر ظرفيت باربري گروه شمع در بار گذاري ثقلي وجانبي
خلاصه
در اين مقاله ، يک تحقيق عددي بر مبناي تحليل تفاضل محدود (FLACD٣) بر روي اثر فاصله شمع ها در گروه شمع بر ميزان ظرفيت باربري جانبي وثقلي آن ها صورت پذيرفته است . مدل رفتاري الاستيک خطي براي مصالح شمع ها و مدل رفتاري موهر-کلومب براي مصالح خاک در نظر گرفته شده است . براي المان فصل مشترک (interface) خاک وشمع نيز از فنر هاي نرمال وبرشي استفاده شده است . که اين فنر ها داراي رفتار غير خطي مي باشند. اتصال شمع ها به کلاهک نيز به صورت گيردار مدل سازي گرديده است . جهت بررسي اثر فاصله شمع ها برظرفيت باربري ثقلي (قائم ) گروه شمع دو دسته گروه شمع که در هر دسته فاصله شمع ها از ١ متر تا ٥. ٢ متر تغيير مي کند، در نطر گرفته شده است . براي دسته اول گروه شمع ها مقاومت اصطکاکي و اتکايي و براي دسته دوم فقط مقاومت اصطکاکي در نظر گرفته شده است . بارگذاري در جهت قائم و به صورت يکنواخت بر روي کلاهک گروه شمع انجام گرديده است ، در حالي که کلاهک شمع ها نيز به صورت صلب در نظر گرفته شده است . نتايج نشان داد اثر فاصله شمع هاي گروه از يکديگر بر ظرفيت باربري ثقلي، در گروه شمع هاي اصطکاکي بيش از گروه شمع هاي اصطکاکي و اتکايي مي باشد.همچنين جهت بررسي اثر فاصله شمع ها از يکديگر در گروه شمع ، بر ظرفيت باربري جانبي گروه شمع ، دو دسته گروه شمع در نظر گرفته گرديد، که دسته اول در خاک چسبنده و دسته دوم در خاک دانه اي که در هر دو دسته گروه هاي شمع با فواصل مختلف شمع ها (از ١ متر تا ٢,٥ متر) از يکديگر تحت بارگذاري جانبي واقع گرديدند. بارگذاري در جهت افقي و به صورت يکنواخت بر روي کلاهک گروه شمع که به صورت صلب در نظر گرفته شده، انجام گرديده است . نتايج نشان داد اثر فاصله شمع هاي گروه از يکديگر بر ظرفيت باربري جانبي، در خاک چسبنده بيش از خاک دانه اي مي باشد.
.1 مقدمه
تحقيقات انجام گرفته در زمينه رفتار گروه شمع تحت بارگذاري محوري و جانبي عموماٌ به دو دسته تقسيم بندي مي شوند: روش هاي آزمايشگاهي شامل آزمايشات تمام مقياس وآزمايشات کوچک مقياس يا همان آزمايشات مدل وروش هاي عددي. آزمايشات تمام مقياس در مراحل طراحي پي هاي عميق به عنوان يکي از ارکان اصلي جهت اثبات عملکرد سيستم شمع وتصديق پارامتر هاي طراحي بدست آمده از بررسي هاي محلي، انجام مي شوند. ولي به دليل هزينه هاي بسيار زياد اينگونه آزمايشات، کمتر از آنها استفاده مي گردد بنابراين اطلاعات بسيار زيادي در زمينه رفتار گروه شمع از آزمايشات مدل وسانتريفيوژ وهمچنين مطالعات عددي بدست مي آيد. البته اين آزمايشات به خوبي نمي توانند رفتار شمع را بيان کنند زيرا حالت واقعي تنش در خاک را به درستي نمي توان در آنها مدل کرد مخصوصاٌ تنش هايي که در طي ساخت شمع ايجاد مي شوند[١]. تاکنون بررسي هاي متعددي بر روي رفتار محوري و جانبي شمع در رابطه با تاثير فواصل شمع ها در گروه، توزيع بار در بين شمع ها ي گروه، تغييرمکان جانبي گروه و تعداد شمع در گروه انجام گرفته است . در آزما يشات تمام مقياسي که توسط کيم و برانگرابر(١٩٧٦) که بر روي دو گروه با فواصل ٠,٩ و١,٢ متر انجام گرفته ، مشخص گرديد که در فاصله بزرگتر، ظرفيت بار بري افزايش پيدا مي کند[٢]. رولينز (٢٠٠٣،٢٠٠٥،٢٠٠٦ ) آزمايشات شمع در ماسه را ادامه داد و به نتايجي مبني براينکه رديف هاي جلوئي گروه بار بيشتري را نسبت به رديف هاي عقبي حمل مي کنند دست يافت که اين خلاف تئوري الا ستيک است که بيان مي کند بار ولنگر در همه شمع ها (بدون در نطر گرفتن موقعيت در رديف ) يکسان توزيع مي شود[٤،٣،٦]. رولينز (٢٠٠٦ ) طي آزمايش در خاک دانه اي دريافت که کاهش فواصل شمع باعث کاهش مقاومت جانبي مي شود[٤]. ريستا وتونسند (١٩٩٧) مشاهده نمودند که در هنگام بارگذاري جانبي در ماسه ، شمع هاي بيروني بار بيشتري نسبت به شمع هاي مياني حمل مي کنند[٥]. در طي آزمايشات سانتريفيوژ انجام شده توسط مک وي و همکاران (١٩٩٤) ونيز براون (١٩٨٨) اين مطلب را مورد مطالعه قرار دادند ومعلوم شد که با افزايش فاصله ميان شمع ها ظرفيت گروه افزايش مي يابد[٧،٨]. با انجام آزمايشات سانتريفيوژ در ماسه متراکم ، کوتاس وهمکاران (١٩٩٤) مشاهده نمودند که بار حمل شده در رديف جلوئي شمع ها مشابه شمع منفرد مي باشد در حاليکه رديف هاي دوم وسوم بار هاي مشابه ولي کمتري را حمل مي کنند. در آزمايشات انجام شده توسط مک وي و همکاران
(١٩٩٤،١٩٩٥،١٩٩٨) در ماسه با تراکم هاي متفاوت وهمچنين اياس (٢٠٠٤) نتايج مشابهي ارائه شد[٧،٩]. کرمودروموس (٢٠٠٣) با استفاده از روش هاي عددي بيان نمود که مقدار ضريب کارايي گروه به فواصل شمع ها بستگي دارد. با افزايش فواصل شمع ها ضريب کارايي افزايش مي يابد[١٠]
.2 بررسي اثر فاصله شمع هاي(اصطکاکي واتکايي)گروه شمع بر ظرفيت باربري ثقلي گروه شمع
بدين منظور ابتدا يک شمع منفرد که داراي مقاومت اصطکاکي واتکايي مي باشد، تحت بار ثقلي قرار داده مي شود تا ميزان ظرفيت باربري آن تعيين گردد.سپس يک گروه شمع x٢٢ (چهارتايي) با همان مشخصات شمع منفرد ساخته مي شود، بطوريکه فاصله شمع هاي گروه اول ١متر فاصله شمع هاي گروه دوم ١,٥متر، گروه سوم٢ متر وگروه چهارم ٢,٥ متر مي باشد. بارگذاري ثقلي بصورت يکنواخت بر روي کلاهک گروه شمع اعمال مي شود، کلاهک از جنس شمع ها (بتني) و بصورت صلب در نظر گرفته مي شود. در جداول٢،١ به ترتيب مشخصات خاک، شمع ها مشخص گرديده است .
مدل رفتاري در نظر گرفته شده براي خاک، مدل موهر مي باشد. شکل اين تابع بر حسب تنش برشي( ) و تنش موثر قائم (б) بر روي سطح گسيختگي ، کاملاً شناخته شده است و به صورت معادله ٢ مي باشد:
که در آن C،Ø به ترتيب چسبندگي و زاويه اصطکاک خاک مي باشند. معيار تسليم موهر_کلومب بر حسب تنش هاي موثر اصلي به صورت معادله ٣ مي باشد:
با استفاده از رابطه بين б،б٣ وتنش که از طريق دايره مور بدست مي آيند، معادله ٣ براي حالت کرنش صفحه اي به صورت معادله ٤ در مي آيد:
برحسب ثابت هاي бd،бs معادله ٤ باز هم ساده تربه فرم معادله ٥ نوشته مي شود:
براي تحليل سه بعدي، استفاده از تنش هاي حداکثر وحداقل منجر به روابط پيچيده تر مي گردد. در اين حالت ها معيار موهر_کلومب بر حسب ثابت هاي бq،бm وθ بيان گرديده و شکل نهايي آن به صورت معادله ٦ در آمده است .
نمودار ١ نشان دهنده ظرفيت باربري ثقلي شمع منفرد اصطکاکي واتکايي مي باشد و نمودار ٢ نشان دهنده ميزان ظرفيت باربري ثقلي گروه هاي شمع در فواصل مختلف است .
.3 بررسي اثر فاصله شمع هاي(اصطکاکي)گروه شمع بر ظرفيت باربري ثقلي گروه شمع
جهت بررسي ظرفيت باربري ثقلي شمع ها ي اصطکاکي واثر فاصله شمع هاي گروه بر ظرفيت باربري ثقلي گروه شمع هاي اصطکاکي مدل هايي را که به صورت اصطکاکي واتکايي ساخته شده بودند بار ديگر به همان شکل فقط با اين تفاوت که فقط به صورت اصطکاکي مي باشند، ساخته مي گردند. پس از تحليل توسط نرم افزار نتايج آن ها در نمودار هاي ٣و٤ مشا هده مي گردد.
.4 بررسي و تحليل نتايج
همان طور که از نمودار ١و٣ پيداست ظرفبت باربري شمع منفرد اصطکاکي واتکايي KN ١٨٦وظرفيت باربري شمع منفرد اصطکاکي KN ١٠٦ ميباشد،که نشان مي دهد KN٨٠ ناشي از مقاومت اتکايي مي باشد. وقتي که اين شمع ها در گروه قرار مي گيرند، به دليل اثر اندرکنش شمع -خاک - شمع وتداخل تنش هاي ايجاد شده در اطراف شمع ها در يکديگر، شاهد کاهش ظرفيت باربري هر يک از شمع ها نسبت به حالت منفرد مي باشيم .همان طور که در نمودار هاي ٢و٤ مشاهده مي شود، با افزايش فاصله شمع هاي گروه از يکديگر از١متر تا ٢,٥ متردر گروه شمع هاي اصطکاکي واتکايي در حدود ١٣ درصد و در گروه شمع هاي اصطکاکي در حدود ٢٠ درصد افزايش ظرفيت باربري ثقلي ايجاد گرديده است . با تعيين ظريب کارايي گروه شمع مي توان به صورت کمي ميزان تاثير فاصله شمع ها را بر ميزان ظرفيت باربري گروه شمع را مشخص نمود. که اين ضريب توسط رابطه ١ تعيين مي گردد.
که پس از محاسبه براي هر دو دسته از گروه شمع ها در فواصل مختلف نتايج در نمودار ٥ آمده است .
