بخشی از مقاله
چکیده
هدف این مقاله کمک به روشن کردن این مسئله است که آیا استفاده از شمع های مایل تاثیر مثبت و یا منفی بر پاسخ دینامیکی پی های عمیق و سازه های روی آنها دارد یا خیر. بدین منظور پاسخ دینامیکی سازه های لاغر و غیر لاغر که بر روی گروه های مختلف و شمع ، به همراه المان های مایل قرار داشتند، بوسیله ی مدل کردن شمع ها با فرض پاسخ الاستیک خطی و در نظر گرفتن اندر کنش خاک و سازه، بررسی شد. نتایج از نقطه نظر پریود پی انعطاف پذیر و بیشترین نیروی برشی در پی سازه شرح داده شده اند. همچنین طیف پاسخ اصلاح شده با در نظر گرفتن اثرات اندر کنش خاک و سازه برای زاویه های مختلف فراهم شده است. علاوه بر این نشان داده شده است که افزایش زاویه نسبت به محور قائم، نظر به ضریب لاغری سازه، می تواند اثرات مفید و یا مضری داشته باشد.
روش دوگانه ی اجزا محدود و روش غیر مستقیم اجزا مرزی برای پاسخ مطابق با زمان یک شمع شناور مدفون در خاک عرضی ایزوتروپیک چند لایه نیمه محدود تحت بارگذاری مایل ارائه شده است. شمع شناور بعنوان یک تیر برنولی-اویلر بوسیله ی روش اجزا محدود - FEM - مدل شده است درحالی که خاک بوسیله ی روش غیر مستقیم مرزی محدود - - BEM بر اساس یک راه حل نهایی برای یک خاک متقاطع ایزوتروپیک چندلایه نیمه بینهایت بعد از آن معادله ی حاکم بر اندر کنش خاک و شمع بوسیله ی استفاده ی دوگانه از BEM و FEM بدست می آید. همچنین مثالهای عددی ای به منظور اعتبار سنجی روش ارائه شده و تحقیق در مورد میزان تاثیر ناهمسانگردی و چیدمان لایه ها بر روی پاسخ دینامیکی انجام شده سازه، می تواند اثرات مفید و یا مضری داشته باشد.
کلمات کلیدی : شمعمایل،باردینامیکی،پاسخلرزهای،گروهشمع،BEM-FEM
مقدمه
استفاده از شمع های مایل بخاطر خساراتی که در اواخر قرن ًٍ ام در آنها در اثر حوادثی ناشی شد، بسیار کاهش یافت. بنابراین بسیاری از آیین نامه ها استفاده از آنها را منع کردند - . - Euro code , AFPS بنابراین با شناخت عوامل شکست - که به عدم طراحی صحیح مربوط بوده و به خود شمع مایل ربطی نداشت - و ارائه تکنیک های بهتر اجرایی باعث استفاده مجدد از این شمع ها، که عملکرد بهتری نسبت به بارهای مایل دارند، شد.با این وجود، با توجه به پاسخ سازه فوقانی و خود شمع، این سوال باقی ماند که استفاده از شمع های مایل برای سازه هایی که تحت اثر بار دینامیکی قرار دارند، اثر مثبتی یا دارد یا خیر، مطالعات متعددی اثرات خوب و بدی را بر شمرده اند. مطالعات عددی متعددی، شمع های قائم را ترجیح می دادند ؛ زیرا در حالتی که خاک حرکت می کند، شمع مایل بار زیادی را در شفت شمع بخصوص در محل اتصال به کلاهک شمع، نسبت به شمع های قائم، ایجاد می کنند.
از طرف دیگر مطالعات میدانی اثرات مثبتی را در استفاده از شمع های مایل نشان داده اند ] ْ-ِ.[ علاوه بر این مطالعات عددینتایج خوبی را بر روی پاسخ سازه فوقانی فونداسیون نشان داده اند.در نتیجه باید مطالعات بیشتری برای پاسخ سوال مطرح شده در پاراگراف قبلی انجام شود. کارها باید در جهت های مختلف از یک مسئله انجام شود. تابع مقاومت ظاهری فونداسیون های عمیق و به طور خاص شمع های قائم و همچنین توابع سختی دینامیکی برای ترکیبهای مختلف گروه شمع، موضوع تحقیق بسیاری از محققین بوده است. نتایج دید خوبی را نسبت به رفتار دینامیکی شمعها و گروه شمعها ، با توجه به پارامتر های مختلف ارائه داد.
مطالعات عددی مربوط به پاسخ دینامیکی شمع های مایل توسط بسیاری انجام شده است اما بنا بر اطلاعات نویسنده تابع مقاومت ظاهری برای شمع های مایل تنها توسطGiannakou و همکارانش برای حالت شمع منفرد مدفون در خاک های هموژن و غیر هموژن و قبل از آن توسط ]Mamoonٌَ[ برای یک گروه شمع انجام شده است. برای همین علت مطالعه بر روی تابع مقاوم ت ظاهری گروه شمع های واین تحقیق انجام شده است. نتایج بوسیله ی مطالعات عددی با روش اجزا محدود-اجزا مرزی بدست آمد، به این صورت که محیط خاک با یک مدل سه بعدی اجزا مرزی مدل شد - BEM - ، صلبیت شمع با استفاده از یک روش تک بعدی اجزا محدود ارائه شد و اندرکنش خاک و شمع بوسیله ی تعادل و شروط سازگاری بین خاک و شمع در نظر گرفته شد.
برای این منظور باید یک سری نقاط بارگذاری داخلی و خطوط بارگذاری داخلی برای برای روش اجزا مرزی تعریف شوند. در این روش در نظر نگرفتن خاک و خالی بودن خاک در محل شمع باعث سادگی در محاسبات، کاهش درجات آزادی و پیچیدگی در مش بندی می شود. و البته این کار باعث بوجود آمدن نتایج دقیق تری می گردد.شمع های مدفون در خاک که تحت بارگذاری هارمونیک مایل قرار دارند، استفاده گسترده ای در مهندسی دارند. معمولا شمع ها بعنوان تیر مدل شده و با روشهای عددی حل می شوند، درحالیکه راه حل اساسی برای خاک، بوسیله ی معادلات دیفرانسیل الاستیک متوسط انجام می شود. سپس مسئله اندرکن ش بین خاک و شمع با شرایط پیوستگی حل می شود. مسئله اندرکنش
نخستین بار توسط Tajimi در سال ارائه شد.
وی پاسخ دینامیکی یک شمع منفر د مدفون در یک قشر الاستیک رابررسی کرده بود. بعد از آن محققین بسیاری تحقیقات گسترده ای را در زمینه اندرکنش دینامیکی بین یک شمع و یا یک گروه شمع و یک قشر واسطه ی الاستیک همگن انجام دادند. بین منابع آورده شده، pak و Jennings راه حل دقیق را برای پاسخ دینامیکی یک شمع منفرد در یک محیط نیمه محدود الاستیک تحت یک تحریک عرضی ارائه داده اند. در حالیکه مسئله اندرکنش بعنوان یک معادله انتگرالیferedhell, نوع دوم فرموله شده بود. kausel و kayina از فرمولهای Green برای یک قشر میانی لایه لایه به منظور آنالیز قسمت دینامیکی شمع ها و گروه شمع ها در یک محیط نیمه محدود لایه لایه استفاده کردند ]ٌّ[ ، کار آنها معمولا به گونه ی متمرکز بود که راه حلی استاندارد برای پاسخ دینامیکی شمع ها ی گروه شمع ها در یک قشر میانی ویسکوالاستیک باشد.
از طرف دیگر روش های عددی متعددی ماند FEM ، BEM و یا روش ترکیبی FEM-BEM برای مقابله با این مسئله استفاده شدند. Kuhlemyer از روش اجزا محدود برای بررسی مسئله ی اندرکنش شمع های تحت بارگذاری مایل دینامیکی و استاتیکی مدفون در یک قشر الاستیک استفاده کرده است ] ٌْ.[ به کم راه حل اساسی برای یک بار پریودیک نقطه ای در یک محیط نامحدود، sen روش المان مرزی را برای تجزیه و تحلیل سه بعدی حالت پایدار شمع ها و گروه شمع ها درخاک هموژن به کاربرد ] ٌَMamoon .[ دو روش المان مرزی را برای ارزیابی مقاومت ظاهری و تابع انطباق شمع ها و گروه شمع های مایل مدفون در خاک واسطه همگن معرفی کردند. بر اساس روش ترکیبی FEM-BEM ، Pardon و Dominguez & Milan به راه حلی برای پاسخ زمان-هارمونیک افقی و عمودی شمع ها و گروه شمع ها در خاک های ویسکوالاستیک و پوروالاستیک دست یافتند.
همانطور که از منابع فوق پیداست همواره با خاک مانند یک محیط ایزوتروپیک یا لایه لایه ایزوتروپیک رفتار شده و خاصیت غیر ایزوتروپیک آن نادیده گرفته شده است : مقالات چاپ شده با در نظر گرفتن اندرکنش شمع-خاک در یک محیط ایزوتروپیک عرضی به ندرت یافت می شود. کار پیشگامانه ی اراده شدهبوسیله ی Liu & Novak ، از روش اجزا محدود برای شمع ها به همراه ماتریس سختی دینامیکی خاکها استفاده کرده است تا مقاومت ظاهری دینامیکی شمع ها در محیط های لایه لایه ایزوتروپی را بررسی کند. اگرچه مطالعات بعدی در این زمنیه معطوف به اندرکنش بین شمع های صلب بود ] ٌٍ.[ اخیرا Ghahari راه کار Pak & Jennings را برای محیط نیمه محدود الاستیک ایزوتروپیک توسعه داده اند . همانطور که میدانیم خاکهای طبیعی در جهت های افقی و عمودی ویژگی های متفاوتی دارند.
بنابراین رفتار لرزشی جانبی شمع ها وابستگی زیادی به ویژگی های خاک، مخصوصا در جهت افقی دارد. بنابراین مطالعه در زمینه رفتار دینامیکی شمع های تحت بارگذاری مایل که مدفون در خاک چند لایه عرضی ایزوتروپیک هستند، ضروری است. با این حال کارهای بسیار کمی در این زمینه انجام شده است .در این مقاله تحلیل پاسخ دینامیک یک شمع غوطه ور مدفون در خاک چند لایه عرضی نیمه محدود ایزوتروپیک که تحت تحرکات افقی هارمونیک قرار دارد، بوسیله ی روش ترکیبی BEM-FEM انجام شده است. بر طبق تئوری تیر اویلر-برنولی شمع بعنوان یک سازه تک بعدی با سه نقطه روی آن برای FEM در نظر گرفته شده است. درحالیکه محیط نیمه محدود چند لایه بعنوان یک محیط پیوسته الاستیک سه بعدی با استفاده از روش غیر مستقیم BEM مدل شده است، که تابع Kennel براساس راه کار دینامیکی برای یک محیط نیمه محدود ایزوتروپیک چند لایه قرار دارد.
سپس مسئله اندرکنش خاک و شمع با خصوصیات مثبت روش ترکیبی FEM-BEM حل شده است. همچنین مثالهای عددی ای به منظور اعتبار سنجی روش ارائه شده و تحقیق در مورد میزان تاثیر ناهمسانگردی و چیدمان لایه ها بر روی پاسخ دینامیکی انجام شده اند.متغیرهای هندسی و تعریف سختی دینامیکی همانطور که از قبل گفته شد هدف این مقاله محاسبه ی تمامی توابع مقاومت ظاهری مربوط به فونداسیون عمیق با شمع مایل است. در این بخش مسئله ی مقاومت ظاهری به همراه تمامی پارامتر های هندسی و ویژگی های مواد در نظر گفته شده است. پارامتر های اصلی در شکل ٌ ترسیم شده اند. شمع ها در گروه های مربعی در نظر گفته شده اند و بوسیله ی طول ، قطر و ویژگی های مواد تعریف می شوند. برای مشخص کردن فاصله ی مرکز به مرکز شمع های مجاور و زاویه انحراف شمع از محور قائم است. سر شمع ها با اتصال گیردار در کلاهک بدون جرمی که با زمین در تماس نیست هستند. گروه شمع ها همواره در صفحات و متقارن هستند.
