بخشی از مقاله
چکیده
در اکثر پژوهش های صورت گرفته بر روی سدهای بتنی، فوندانسیون سدها بدون جرم فرض شده است. تحقیقات اخیر نشان میدهد، این فرض که به عنوان یک روش استاندارد پذیرفته شده است، تاثیر مصالح فونداسیون و میرایی تشعشعی را در پاسخ دینامیکی سد در نظر نمیگیرد که در این مقاله به بررسی تاثیر جرم فونداسیون پرداخته میشود. در این راستا، ارزیابی تاثیر یاد شده تحت اثر لرزه های حوزه نزدیک و دور به تفکیک بر روی تغییرشکلها و اعوجاج بدنه سد مورد توجه قرار گرفته است.
سد بختیاری با ارتفاع 325 متر به عنوان مطالعه موردی انتخاب گردیده است؛ تا اهداف اصلی تحقیق بر روی این سد مورد بررسی قرار گیرند. بدنه سد، دره و مخزن با رعایت کامل جزئیات به صورت سهبعدی - 3D - در نرم افزار آباکوس - - Abaqus مدلسازی گردیده است. به منظور بررسی اثر جرم فونداسیون بر رفتار لرزه ای بدنه سد، فونداسیون یک مرتبه با در نظر گرفتن سختی و بار دیگر با در نظر گرفتن جرم تعریف و مدل سازی شده اند. با توجه به مطالعات لرزهای ساختگاه سد، دو شتاب نگاشت زلزله بم، در ایستگاه های بم به عنوان حوزه نزدیک و ایستگاه کرمان به عنوان حوزه دور و دو شتاب نگاشت زلزله منجیل در ایستگاه های آببر و دانشگاه شریف به ترتیب به عنوان حوزه نزدیک و دور به صورت مستقل به مدل اعمال گردیدهاند؛ که نتایج آنها به تفصیل در متن مقاله ارائه میشود و مقایسه تاثیر این طیف ها بر روی نتایج حاصل مورد بحث قرار گرفته است.
در یک جمع بندی کلی از نتایج این پژوهش میتوان پذیرفت که چه در حوزه نزدیک و چه در حوزه دور فرض پژوهش های پیشین مبنی بر عدم تاثیر جرم، فرضی نادرست و تاثیر جرم در فوندانسیون می تواند در طراحی بهینه کاملا موثر باشد.
-1مقدمه
بطور کلی نگاشت زلزله های ثبت شده در یک سایت بسته به شرایط مختلفی از قبیل: بزرگای زلزله، نوع گسلش، جهت انتشارگسیختگی، موقعیت قرارگیری سایت نسبت به گسل و چشمه مولد زلزله و در نهایت مشخصات ساختگاه، تفاوت های زیادی در ویژگیهایی مانند شدت، مدت دوام و محتوای فرکانسی دارند. این تفاوت ها باعث طبقه بندی زلزله های مختلف در دو گروه زلزله های حوزه نزدیک و حوزه دور، یا زلزله های نزدیک گسل و دور از گسل و یا زلزله های پالس- مانند و معمولی گردید.
نیروی زلزله از طریق فونداسیون یا خاک زیر سد به آن وارد می شود. بنابراین یکی از مهمترین پارامترها در بررسی پایداری این سازه عظیم در طول زلزله، شناخت فونداسیون و بررسی تاثیر آن در پاسخ سدها به تحریک زلزله می باشد. در تحلیل سدهای بتنی معمولا فونداسیون بدون جرم فرض می شود. تحقیقات اخیر نشان میدهد، این فرض که به عنوان یک روش استاندارد پذیرفته شده است، تاثیر مصالح فونداسیون و میرایی تشعشعی را در پاسخ دینامیکی سد در نظر نمیگیرد که ما در این تحقیق قصد داریم به بررسی اثر لرزه های حوزه نزدیک و دور به تفکیک بر روی تغییرشکلها و اعوجاج بدنه سد و همچنین اثر جرم فونداسیون بر پارامتر های فوق بپردازیم.
در مورد اثرات ساختگاهی بررسی های انجام شده توسط آقای بری - - Bray و همکارانش در سال 2006 نشان می دهدکه بطور کلی، ویژگیهای جنبش های ثبت شده در خاک تابعی از ویژگیهای مقطع خاک، مشخصات دینامیکی خاک، وضعیت هندسی لایه ها و عمق سنگ بستر و محرک ورودی شدت و پریود پالس می باشد. دامنه پالس در خاک به غیر از پالس های ورودی با شدت های بالا و پریود کوتاه، بلند تر از دامنه پالس در سنگ می باشد پریود پالس نیز در خاک بزرگتر و یا حداقل برابر با پریود پالس ورودی می شود، سختی خاک نیز دامنه و پریود پالس ورودی را تغییر می دهد
همچنین آقای مهدوی در سال 2013 به بررسی تاثیر مخزن و فونداسیون بر روی مودهای ارتعاش و فرکانس در سدها پرداخت و به این نتیجه رسید که" عدم مدلسازی فونداسیون منجر به خطای بیشتری نسبت به عدم مدلسازی مخزن میگردد و با تقریب مناسبی می توان از مدلسازی مخزن و اثرات آن در فرکانسهای ارتعاشی صرفنظر کرد و آقایان مرادی مقدم در سال 1384 و فیضی در سال 1389، نیز فونداسیون سد را به صورت جرمدار در شکل ها و اندازه های مختلف، به همراه بدنه سد، با روش المان محدود مدل سازی کردند و همچنین مخزن سد را به صورت تراکم پذیر به روش المان محدود با شرایط مرزی مناسب مدل کردند. و سد امیرکبیر را به عنوان مطالعه موردی انتخاب شد و به این نتیجه رسیدند که:"تاثیر جرم فونداسیون با میرایی تشعشعی در پاسخ لرزه ای سد غیر قابل صرف نظر کردن است. اما شکل و اندازه فونداسیون، تاثیر زیادی در پاسخ ها ندارد
-2معرفی سد مورد بررسی و مشخصات مصالح سد و فونداسیون آن
در این تحقیق سد بختیاری - بلندترین سد دو قوسی جهان - با ارتفاع 325 متر که به دلیل تفاوت شعاع ها و زوایای داخلی و خارجی و عدم تقارن مرکز قوس های داخلی و خارجی در نوع خود از پیچیده ترین سدها به شمار می رود، به عنوان نمونه موردی انتخاب شده است. که در زیر به معرفی بخش های مختلف مدل شده پرداخته خواهد شد.
-1-2بدنه سد مشخصات هندسی و مصالح بدنه سد به شرح جداول 1 و 2 می باشد و همچنین نمای مش بندی شده پایین دست و بالا دست بدنه سد به ترتیب در شکل های 1 و 2 مشاهده می شود.
شکل :1 نمای مش بندی شده بالا دست بدنه سد
شکل :2 نمای مش بندی شده پایین دست بدنه سد
جدول :1مشخصات مکانیکی مصالح بدنه سد
جدول : 2 مشخصات هندسی بدنه سد
-2-2فونداسیون
فونداسیون یک مرتبه به صورت جرم دار و یک مرتبه به صورت بدون جرم در نظر گرفته شده است. از آنجایی که در نرم افزار Abaqus هنگامی که از تحلیل دینامیکی صریح - Daynamic Explicit - استفاده می شود مدت زمان تحلیل مدل با مقدار جرم رابطه مستقیم دارد یعنی اینکه هر چه جرم کاهش یابد زمان تحلیل به سمت بی نهایت میل پیدا می کند مقدار جرم فونداسیون را در حال سختی برابر 1e-9 کیلوگرم بر متر مکعب در نظر گرفته شد که این عدد نسبت به 2600 کیلوگرم بر متر مکعب عددی بسیار کوچک می باشد قابل ذکر است هرچه این عدد کمتر باشد نتایج تحلیل دقیق تر می شود. مشخصات مصالح فونداسیون به شرح جداول 3 و 4 می باشد. همچنین نمای مش بندی شده فونداسیون به همراه المان های نیمه بی نهایت در شکل 3 قابل مشاهده است.
شکل :3 نمای مش بندی شده فونداسیون به همراه محیط نیمه بی نهایت
