بخشی از مقاله
چکیده
تحقیقات نشان میدهد که خاک زیر پی، بر روی رفتار دینامیکی سازه تاثیر میگذارد. پاسخ دینامیکی سازه حین لرزههای اعمالی، متغیری از نوع خاک بوده، لذا بدون در نظر گرفتن تاثیر آن نمیتوان تخمین واقع گرایانهای از نیروهای اعمالی زلزله بر سازه داشت. در حالیکه اگر اندرکنش خاک و سازه در تحلیلها در نظر گرفته شود، سیستم جدیدی ناشی از برکنش سازه در تکیهگاه انعطاف پذیر تشکیل خواهد شد که رفتار آن متفاوت با حالت قبل خواهد بود. پس از اعمال این اثرات بر روی سازه، مشاهده میشود که تاثیر پدیده اندرکنش خاک و سازه بر روی رفتار سازه، ممکن است بسته به خصوصیات خاک و سازه، به صورت کاهیدگی و تقلیل و یا به صورت تقویت و افزایش باشد و در نظر نگرفتن این رخدادها به عنوان شرایط تکیهگاهی در روشهای مقاوم سازی و طراحی سازههای جدید از قابلیت اعتماد به طراحی سازه میکاهد. در این تحقیق به مطالعه پارامتریک، جهت بررسی اندرکنش خاک و دیوار بنایی پرداخته و سپس دیوار بنایی مدلسازی شده، در نرم افزار المان محدود، بر روی ده نوع خاک با پارامترهای مختلف، قرار میگیرد. همچنین به منظور بررسی تاثیر بارگذاری فشاری و جانبی بر اندرکنش خاک و سازه، الگوهای مختلف بارگذاری در نظر گرفته شده است و در نهایت به نتیجه گیری از این مطالعه پرداخته میشود.
کلمات کلیدی :
پاسخ دینامیکی سازه، نیروهای اعمالی زلزله، اندرکنش خاک و سازه، تکیهگاه انعطاف پذیر، بارگذاری جانبی و فشاری
-1 مقدمه
اندرکنش بین سازه و محیط خاک تکیهگاهی آن، رفتار واقعی سازه را به طور قابل توجهی در مقایسه با رفتار سازه با تکیهگاه صلب، تغییر میدهد. بنابراین یک مدل کارآمد و با دقت معقول از سیستم اندرکنش خاک-سازه جهت تحلیل سازه مورد نیاز است. تجربیات گذشته نشان میدهد که خاک زیر پی، بر روی رفتار دینامیکی سازه تاثیر میگذارد. پاسخ دینامیکی سازه حین لرزههای اعمالی، متغیری از نوع خاک بوده، لذا بدون در نظر گرفتن تاثیر آن نمیتوان تخمین واقع گرایانهای از نیروهای اعمالی زلزله بر سازه داشت. در این تحقیق، به بررسی اندرکنش خاک و دیوار بنایی، تحت بارگذاری جانبی و فشاری، با در نظر گرفتن مشخصات متفاوت خاک زیر دیوار بنایی غیر مسلح، به روش اجزاء محدود پرداخته شده است.
-2 مروری بر پژوهشهای گذشته
سید احمد و شدایو - 1995 - ، نمونه مصالح آجری مجوفی را که، در معرض بارهای متمرکز قرار داشت آنالیز کردند. از المان پوسته، جهت مدلسازی استفاده شد. مصالح بکار گرفته شده با مشخصه اورتوتروپیک بود. در این مدل از روش ترک پخش جهت در نظر گرفتن ترکها استفاده شد و رفتار غیرخطی مصالح در فرآیند خرابی ترک خوردگی در واحدها و ملات با استفاده از معیار مور-کلمب مدلسازی شد. المانهای رابط هم توسط تکنیک ضریب لاگرانژ مدل شدند .
ژوگ - 1998 - ، یک مدل المان تنش صفحهای دو بعدی را توسعه داد. از آن مدل، جهت تحلیل دیوارهای برشی غیرمسلح استفاده کرد. ژوگ و تامیریتون - 1998 - ، یک مدل دو بعدی المان محدود برای رفتار غیرخطی را، با یک مدل مصالح ایزوتروپیک ترکیب کردند. قبل از آنها مدل مصالح ایزوتروپیک، برای بتن مسلح، توسعه داده شده بود. آنها سپس این مدل را تحت بارگذاری دینامیکی و استاتیکی درون صفحه قرار دادند .
پانده - 1989 - ، جهت بدست آوردن مدول معادله مصالح بنایی، از یک روش مصالح معادل استفاده کرد. سیستم ملات-آجر، توسط مجموعه ای از لایههای الاستیک موازی معرفی گردید. در اصطلاح، برای ویژگیهای الاستیک مصالح معادل، از ترمهای ویژگیهای الاستیک آجر و ملات، استفاده کرد. فرض گردید که هیچ لغزشی بین ملات و آجر رخ نمیدهد. از این اطلاعات، میتوان وقوع خرابی در آجر یا ملات را مشخص نمود. این مدل فقط تا پیش از ترک خوردگی مناسب است و نمی-تواند با مرحله پس ترک مواجه گردد .
به طور کلی، انتخاب قانون ساختاری مناسب در ماکرو مدلسازی، اثر بسیاری در دقت پیش بینی رفتار پس از ترک مصالح، دارد. تا به امروز چندین قانون ساختاری الاستو -پلاستیک، جهت مدلسازی رفتار » ترد «، توسعه داده شده است. در شروع مدل » بدون کشش « توسعه داده شد که برای نمونه مایر - 1990 - آن را بکار گرفت. از مدلهای پلاستیسیته دیگری که عموماً در تحلیل بنایی بکار گرفته شدهاند، میتوان دراگر- پراگر و قوانین مور-کلمب - آندراس - 1996 و مدل گالیلئو-رانکین - لوچزی - 1996 را ذکر نمود. حتی قانون ساختاری ون میسز هم، گاهی اوقات بکار گرفته شده است - بوثبای - 1998 . مدل ساختاری هیل-رانکین، نتایج بسیار خوبی در پیش بینی رفتار غیرخطی مصالح بنایی، ارائه داده است.
-3 مدلسازی در نرم افزار اجزای محدود
نرمافزار ABAQUS دارای کتابخانه کاملی از المانهای مختلف میباشد در مطالعه حاضر بهمنظور مدل کردن آجر و خاک از المان C3D8R استفاده گردید. این المان، لاگرانژی از نوع SOLID بوده و در هر گره دارای سه درجه آزادی میباشد. المان C3D8R هشت گرهی بوده و تابع شکل آن از درجه یک میباشد. تصویری از این المان در شکل - 1-3 - آورده شده است.
1-3 معیار تسلیم مورد استفاده برای مصالح
رفتار ماده در اثر تنش تکمحوری یا تنش برشی خالص را میتوان به سهولت با استفاده از دیاگرام تنش-کرنش نشان داد. اما برای حالت تنشهای مرکب و پیچیده که اغلب در حالت سه بعدی در سازه به وجود میآید، چنین روش مستقیمی امکانپذیر نیست. بنابراین برقراری معیاری برای رفتار مصالح در تنشهای ترکیبی بسیار مهم میباشد.
مدل پلاستیسیته دراکر پراگر اصلاحشده - مدل کلاهکی - ، دارای کاربرد وسیعی در نرمافزارهای آنالیز اجزا محدود برای کاربردهای گوناگون در مهندسی ژئوتکنیک میباشد. این مدل دارای قابلیتهای بالایی در مدلسازی رفتار خاک میباشد و موارد مختلفی چون تاریخچه تنش، مسیر تنش و اتساع را در نظر میگیرد.
مدل دراکر پراگر اصلاحشده - مدل کلاهکی - ، به منظور مدلسازی مصالح چسبنده بهکار میرود که حالت جاری شدن وابسته به فشار را مانند مصالح خاکی و سنگی ارائه مینماید. این مدل بر این پایه است که یک سطح جاری شدن بر مدل پلاستیسیته دراکر پراگر اضافه شود که یک مکانیسم سخت شوندگی غیرارتجاعی را جهت منظور نمودن حالت بهم فشردگی خمیری تامین میکند تا اتساع حجم را هنگامیکه ماده تحت برش جاری میگردد، کنترل نماید.
