بخشی از مقاله
بررسی غیر خطی یک برج خنک کننده بتنی در برابر اثر نشست غیریکنواخت
چکیده
در اثر نشست غیر یکنواخت نیروهاي قابل ملاحظه اي در قسمتهاي مختلف برجهاي خنک کننده ایجاد می گردد که معمولا در طراحی آنها مورد توجه قرار می گیرد.حساسیت برجهاي مذکور به میزان این نوع نشست زیاد بوده, بطوریکه با تغیر ناچیز آن نیروهاي داخلی ایجاد شده در آنها بطور قابل توجهی تغیر می نماید. در این تحقیق مدل عددي برج خنک کننده نیروگاه شازند اراك با استفاده از ترکیب المانهاي مکعبی و پوسته اي ساخته شده است و با تعریف دقیق آرماتورها در المانهاي بتن ,ترك خوردگی و جاري شدن المانها در مودهاي بحرانی نشست غیر یکنواخت مورد مطالعه قرار گرفته است و تنشها و تغیر شکلهاي سازه در ناحیه غیر خطی بتن وآرماتور درکلیه قسمتهاي برج محاسبه و موردبررسی قرار گرفته است.
کلید واژه ها : رفتار غیرخطی بتن ,ترك خوردگی و شکست ,برج خنک کننده ,نشست غیر یکنواخت
-1 مقدمه
تا کنون تحقیقات بسیاري بروي اثر نشست نامتقارن بروي برجهاي خنک کننده بتنی انجام پذیرفته است ولی تابحال رفتار غیرخطی این نوع برجهاي خنک کننده بتنی موردبررسی قرار نگرفته است. تحقیقات در رابطه با اثر نشست ناهمگون برجهاي خنک کننده به سه گروه تقسیم می شوند : -1 آنالیز برجـهاي خنک کننده با روشهاي الـمان محدود کـه مهمترین این تحقیقات توسط گولد ,(1972) دیور وپاترسون ,(1977)وندا ,(1984) کوپر ,(1984) صبوري و خـرازي(,(1994 صبوري و کبـیربیک((1997 انجام شده است و این تحقیق نیز در همین گروه قرار می باشد .
-2 بررسی مدل ریاضی وآماري نحوه توزیع نشسـت که این تحقیقـات توسط چسیـلسکی و زاك (1977) و کاتو و شیـبا (1986) انجام شده است . -3 ساخت مدل آزمایشگاهی برج و اعمال نشسـت نا متقـارن بروي آن ,که این تحقیقـات توسط کالـوزا و ماتـژا (1985) و کالوزا و ژیژیل (1995) انجام شده است , در این راستا برج خنک کننده شازند اراك که بلحاظ ابعاد می توتند نمونه مناسبی براي این مطالعه باشد,درنظر گرفته شد. در این تحقیــق بـا استفـاده از المـان بتن ( CONCRETE) در برنامــه ANSYS ) (5.4 که قادر است مدل رفتاري کاملی از بتن و آرماتور را نمایش دهدو ترك خوردگی و خردشدگی بتن را نیز نشان دهد, پی ,ستون و پائین پوسته ساخته شدو قسمت بالاي پوسته برج و همچنین رینگ سخت کننده فوقانی با استفاده از المان هاي خطی ( (Shell63 مدل گردید. به این ترتیب تعداد المانهاي غیر خطی به حدود 7700 المان رسید که به همراه حدود 6600 المان خطی پوسته مدل برج را تشکیل می دادند. سپس با استفاده از آنالیز مودال و بررسی فرکانس ها و بارگذاري ثقلی متقارن ،درستی و کارآمدي این مدل با دو نوع المـان (پوسته اي و مکعبی ) به دفت مورد بررسی قرار گرفت که نتایج حاصل حاکی از قابل قبول و کارآمد بودن آن داشت , لذا سازه بر اساس آن مورد تحلیل قرار گرفت.
در این مقاله با آنالیز غیر خطی برج، نحوة توزیع تنش،تعییر شکلها ، ترك خوردگی و خردشدگی بتن در قسمتها مختلف سازه مورد بررسی قرار خواهد گرفت . منظور از مودهاي نشست نحوه پخش نشستهاي نامتقارن در زیر پی می باشد که در مرجع (1) بطورکامل شرح داده شده است.
-2 مشخصات مدل پوسته با ترکیب المان مکعبی و پوستهاي در این پروژه برج خنک کننده شازند اراك با 134,5 متر ارتفاع در نظر گرفته شد و سپس با یک مدل مشخص ,توزیع نشست غیر یکنواخت در زیر پی اعمال شد و تنشها وتغیر شکل برج در حالت الاستیک مورد بررسی قرار گرفت .
-1-2 ابعاد و مشخصات برج خنک کننده در این تحقیق از برج خنک کننده نیروگاه شازند اراك با 134/5 متر ارتفاع استفاده شده است که پوسته برج داراي 106 متر ارتفاع می باشد .
قطر گلوگاه پوسته 89/776 متر میباشد و قطر دهانه فوقانی 64/710 متر میباشد. حداکثر ضخامت پوسـته در پـائین 1/2 متر میباشد و در بالاي پوسته به 0/288 متر میرسد . مشخصات برج در شکل 1 مشخص شده است .
شکل -1 مشخصات برج خنک کننده شازند اراك
با توجه به اینکه پوسته برج داراي ضخامت کم و سطح بزرگی می باشد المان پوسته اي جهت مدلسازي بهتر بود ولی با توجه به اینکه المان پوسته اي قادر به مدلسازي دقیق رفتار بتن و فولاد نمی باشد لذا از المان مکعبی Solid65 استفاده شد که این المان مکعبی داراي هشت گره می باشد در هر گره داراي 3 درجه آزادي است (شکل (1 و میتواند رفتار بتن را با توجه به آرماتورهاي تقویت کننده آن در 3 جهت اصلی مدل کند و به این وسیله رفتار این ماده یعنی بتن آرمه را بصورت غیر خطی می توان مورد بررسی قرار دهد.
-3 نشست نامتقارن پی
پی برج خنک کننده بدلایل مختلف از جمله بارهاي نامتقارن وارده به سازه مثل بار باد,طول زیاد پی و ناهمگون بودن خاك زیر پی دچار نشست نامتقارن میگرددو نحوه مدلسازي خاك زیر پـی و فنرهـاي مربوطـه از مـدلی کـه توسط ریکارد دوبري و جرج گازتاس [1] ارائه شده است, استفاده گردید.
مود - 4 آنالیز 10 نشست غیریکنواخت در این حالت نشست ، اختلاف نسبی 15 میلیمتر در زاویه هاي مختلف پی برج بوجود می آید . تغییر شکل ماکزیمم برج در جهت ( ( X در این حالت 11 میلیمتر می باشد که نسبت به حالت خطی افزایش داشته است و این تغییر شکل در وسط یکی از ستونهاي برج اتفاق می افتد .
مقدار تنش هاي کششی در حدود تنش ترك خوردگی بتن می باشد ولی تنش فشاري نسبت به تحلیل خطی انجام شده بالاتر رفته است. در این حالت نشست ، مقدار تنش اصلی کششی در پی در محدودة ترك خوردگی میباشد و در ستونها نیز این مسئله مشاهده می شود که بعضی از المانها ترك خورده اند و بعضی دیگر در محدودة ترك خوردگی می باشند . (شکل 2)
شکل -2 نحوه توزیع ترك خوردگی در برج خنک کننده ( n=10 )
آنالیز 18 نشست در این حالت نشست تغییر شکل کلی برج مشابه حالت خطی می باشدولی مقدار آن کمی افزایش پیدا کرده است که با توجه به اینکه تعدادي از المانهاي این برج در این حالت نشست دچار ترك خوردگی شده اند این مسئله بدیهی می باشد . مقدار تنش هاي اصلی در رینگ پی و ستونها داراي بیشترین مقدار می باشد و باعث ترك خوردگی المانهاي پی و قسمتهایی از ستون شده است ودر کلیه قسمتهاي برج در این حالت نشست ، پکیدگی در المانهاي بتنی رخ نداده است . نکته قابل توجه دیگر که با مقایسه تنش هاي اصلی در پی و کل برج مشاهده می شود اینکه حداکثر تنش کششی در کل برج در رینگ پی بوجود می آید ولی حداکثر تنش فشاري در داخل ستونها بوجود می آید و تنش هاي محیطی و نصف النهاري در کل پوسته تقریبا یکنواخت می باشد المانهاي پایین ستونها در قسمت داخلی X-Leg ها نیز دچار ترك خوردگی شده اند و در تمامی ستونها یک المان در قسمت پایین ستون دچار ترك خوردگی شده است .( شکل3 )
