بخشی از مقاله
چکیده
پل های بتنی از عناصر حیاتی راه های هر کشور محسوب می شوند. شکل هندسی پایه ی پل های بتنی نقش به سزایی در ارتباط با نیروها ی موثر در طراحی ایفا می کند. یکی از عوامل مهم در اجرای یک پل مرحله ی ساخت پایه ی پل و نصب آن قبل از بارگذاری عرشه می باشد. در این تحقیق به منظور بررسی تغییر شکل سازه ای پایه ی پل و همچنین بررسی ایجاد ترک و گسترش در بتن و پل های بتنی ،از روش مدل سازی به روش اجزای محدود توسط نرم افزار ansys تحت تاثیر نیرو های وزن، هیدرواستاتیک، هیدرودینامیک، زلزله و خاک استفاده شده است. در نهایت رفتار سازه ای به همراه خروجی های ترک و گسترش آن مورد مطالعه قرار می گیرد.مهمترین دستاورد این پژوهش بررسی رفتار غیر خطی بتن و سازه بعد از ایجاد ترک می باشد.همچنین در انتهای این پژوهش علاوه بر بررسی ترک و گسترش آن، جابجایی سازه و تنش های حاصله از این نیروها را نیز
مورد مطالعه قرار گرفته است.
کلمات کلیدی: پایه ی پل، جابجایی، المان محدود، گسترش ترک،رفتار سازه ای
.1 مقدمه
پل ها از جمله مهمترین و پرکاربرد ترین سازهایی هستند که از دیرباز مورد استفاده قرار گرفته اند.تجربه طولانی احداث پل نشان می دهد در دهه های گذشته یکی از مهمترین عوامل در اجرای پل ها، شکل هندسی پایه ها می باشد.یکی از مشکلاتی که اخیرا بر سر اجرای پل ها قرار گرفته است، صدماتی است که به پایه ی پل قبل از اجرا و نصب عرشه وارد می شود که می توان از مهمترین آنها می توان به ترک و گسترش آن تحت نیروهای وارده می باشد.حال می توان با بررسی و مشاهده ی عوامل ایجاد ترک و مکان ایجاد اولین ترک ها و همچنین مسیر گسترش ترک در پل ها از هزینه های گزاف ساخت مجدد پایه ی پل و ترمیم آن جلوگیری کرد و ار تخریب آن و یا کاهش عمر پایه ها ممانعت به وجود آورد.همچنین با مشاهده رفتار غیر خطی بتن بعد از ترک و همچنین شکل پذیری بتن قبل از خرابی کامل می توان به طور کامل رفتار پایه پل را مورد بررسی قرار داد. شایان ذکر است که در انتها میزان تنش وجابجایی پایه پل مورد بررسی قرار داد.
.2 روش تحقیق
تحقیقات انجام گرفته تاکنون علاوه بر حالت یک بعدی انجام شده و فقط میزان تاثیر شکل پایه پل روی جریان سیال عبوری تجزیه و تحلیل کرده اند.در خیلی از تحقیقات انجام رفته روی پایه ی پل بحث ابشستگی و تاثیر آن بر روی خرابی پایه ی پل مورد مطالعه قرار گرفته است.یرای نمونه فلاح در سال 1390 به پژوهشی با عنوان بهسازی طرح هندسی شکل پایهها پرداخت و در تحقیق وی، شکل هندسی پایه پل را با اثر نیروهای مؤثر مورد بررسی قرار داد تا با بدست آوردن الگوی بهینه در مقطع هندسی پایه پل، از صدمات ناشی از تخریب پلها را کاهش دهد. بدین منظور بهسازی شکل هندسی پایه پل به کمک مدلسازی به روش اجزای محدود و توسط نرم افزار ANSYS تحت اثر عوامل زمین لرزه، نیروی باد، نیروی هیدرودینامیکی ناشی از جریان آب و نیروی ناشی از گرادیان حرارتی و همچنین اثر آبشستگی موضعی توسط نرم افزار HEC-RAS مورد تجزیه و تحلیل قرار داد.[1]
اما در این پژوهش با توجه به عوامل مختلف تاثیرگذار از جمله جریان،زلزله،خاک و نیروی هیدرواستاتیک،بحث ترک و گسترش آن هم مورد مطالعه قرار گرفته است.حال با توجه به موارد بالا و استفاده از روش اجزای محدود بهترین نرم افزار ANSYS می باشد.با توجه به شکل پایه و مدل سازی می توان نیروهای مدنظر را بر روی پایه اعمال و با توجه معیار ترک لحظه شروع ترک و گسترش آن و میزان مقامت سازه در برابر نیروها مورد بررسی قرار داد.
.3 معرفی مواد و مشخصات ستون و واحد ها
به منظور مدل سازی سازه مورد مطالعه در این تحقیق لازم است در ابتدا مشخصات بتن و آرماتور مورد استفاده را طبق جدول زیر در نرم افزار وارد کنیم:
جدول -1 مشخصات مصالح
ابعاد ستون مورد مطالعه در این پژوهش به شکل زیر می باشد:
شکل -1 ابعاد و شکل مقطع مربعی مورد مطالعه
مطابق شکل ابعاد ستون یک در یک متر می باشد و ارتفاع ستون 5 متر می باشد.همانطور که در شکل بالا قابل ملاحظه است نحوه استقرار آرماتور ها و خاموت قابل رویت می باشد.
لازم به تذکر است که 1 متر از ارتفاع ستون داخل شمع فرض شده و به ارتفاع یک متر از روی شمع، پایه ی پل مستغرق در آب می باشد.
با توجه به تقارن موجود در مدل و نیروها و به منظور سهولت در حل مساله،در این پژوهش نصف پایه ی مورد نظر را مدل سازی شده است.
.4 معرفی نیروها
در این قسمت به معرفی نیروهای مورد استفاده در این تحقیق می پردازیم:
4-1 نیروی وزن
یکی از نیرو های اعمال شده روی سازه مورد نظر نیروی وزن سازه می باشد که با توجه به خصوصیات تعریف شده المان ها به صورت خودکار توسط خود برنامه مورد محاسبه قرار می گیرد. کافیست برای محاسبه ی نرم افزار ،میزان شتاب گرانش زمین به همراه مشخصات فیزیکی مصالح در نرم افزار اعمال گردد. لازم به ذکر می باشد که ضریب گرانش در این پژوهش 9,81 متر بر مجذور ثانیه فرض شده است.[2]
4-2 فشار هیدرواستاتیک
فشار هیدرواستاتیک عبارت است از فشار وارد شده توسط سیال در حال تعادل که به علت نیری جاذبه اعمال می گردد . فشار هیدرواستاتیک را می توان بوسیله یک جزء مکعبی بینهایت کوچک از سیال تحلیل کرد همنطور که می دانیم نیروی هیدرواستاتیکی یک نیروی مثلثی می باشدکه به ارتفاع آب و سیال بستگی داشته و از طریق رابطه زیر بدست می اید:[3]
نیروی هیدرودینامیکی عبارت است از نیروی بوجود آمده در اثر حرکت مکانیکی و عملکرد سیالات یا مایعات در حال حرکت می باشد، اولین چیزی که در این رابطه باید دانست این است که فشار تنها زمانی ایجاد می شود که مقاومتی در برابر جریان سیال وجود داشته باشد.[4]
در آیین نامههای بارگذاری پلها فشار ناشی از جریان آب روی پایهها توسط رابطه زیر محاسبه میگردد. که در آن :
: P فشار وارده بر حسب کیلوگرم بر مترمربع :V سرعت آب بر حسب متر بر ثانیه
: K ضریبی که با توجه به شکل پایه، از شکل 1-3 بدست می آید :
شکل -2 مقادیر توصیه شده برای شکل پایه در آییننامه بارگذاری پلها
همانطور که مشهود می باشد شکل مقاطع پلها در آییننامه به سه زیر مجموعه کلی تقسیم گردیده که در تحقیق حاضر این مسأله نیز بگونه خیلی دقیق تر توسط مدلسازی با روش اجزای محدود مورد بررسی قرار گرفته است. وجه تمایز دیگر مدلسازی با روش اجزای محدود و فرمول مندرج در آییننامه در چگونگی اثر فشار آب بر پایه پل میباشد. توزیع فشار در آییننامه بصورت یکنواخت فرض گردیده
