بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به قرارگیري کشور ایران در منطقهي زلزله خیزي از جهان و وقوع زلزلههایی همچون بم، منجیل و طبس انتظار میرود بررسی دینامیکی پارامترهاي مختلف خاك زیر شالوده بتواند کمک بزرگی به مقاوم سازي سازهها در برابر این پدیده بنماید. لذا سعی بر آن شده تا تأثیر پارامترهاي مختلف خاك همچون چسبندگی، زاویه اصطکاك و میرایی که کمتر در تحقیقات انجام شده مورد توجه بوده بر روي ظرفیت باربري و نشست شالوده سنجیده شود.
در این تحقیق تأثیر این پارامترها در قالب دو نوع خاك ماسهاي و رسی وهریک در سه حالت سست، متوسط و متراکم بر روي یک پی سطحی واقع بر خاكهاي مذکور تحت اثر مؤلفهي افقی زلزله با استفاده از نرم افزار FLAC2D به روش تفاضل محدود بررسی شده که در نهایت مشخص گردید هرچه خاك رسی و ماسهاي متراکمتر باشد و پارامترهاي نامبرده شده از عدد بالاتري برخوردار باشند ظرفیت باربري آن بیشتر و نشست کمتري را تجربه میکند که از این نتایج اینطور برداشت میشود که هرچه خاكهاي با تراکم بالاتر انتخاب کنیم از سازههاي با درجه اطمینان بالاتر برخوردار خواهیم بود.
-1 مقدمه
پی یک سازه میبایست طوري انتخاب شود که دو وظیفهي انتقال بار روسازه به داخل توده خاك یا سنگ زیرسازه و کنترل مقدار نشست سازه در اثر بار روسازه را به خوبی انجام دهد. بارهاي وارد به سازه به دوگروه بارهاي استاتیکی و دینامیکی تقسیم بندي میشوند بارهاي استاتیکی شامل بارهاي مرده، زنده یابرف، فشار جانبی خاك میباشد و بارهاي دینامیکی شامل بار زلزله، باد، بار ماشین آلات و بارهاي ضربهاي میباشد.
امروزه روشهاي متداولی همچون روش ترزاقی، مایرهوف و سیک هنسن براي محاسبهي ظرفیت باربري استاتیکی پیهاي سطحی وجود دارد که ظرفیت باربري پیهاي سطحی را با اعمال ضرایب ایمنی لازم درحد قابل قبولی برآورد مینماید، ظرفیت باربري پیهاي سطحی هنگام مواجهه با بارهاي مذکور متفاوت ازحالت بارگذاري استاتیکی میباشد.
عملکرد پیهاي سطحی در اثر بارهاي دینامیکی تابع عوامل زیر میباشد:
- طبیعت و بزرگی بارهاي دینامیکی
- تعداد اعمال بارهاي دینامیکی
- نرخ کرنش پاسخ خاك در برابر بار اعمالی
از گذشته تا به امروز افراد زیادي یه واسطهي جذابیت و با توجه به زلزله خیز بودن مناطق زیادي از ایران و جهان در داخل و خارج کشورمان بر روي بحث ظرفیت باربري دینامیکی کار کرده و نتیجه گیريهاي زیادي شده است که میتوان به مجیدي و میر قاسمی [1] اشاره کرد-آنها ظرفیت باربري دینامیکی سه بعدي شالوده سطحی را روي یک پی مستطیلی و خاك ماسهاي با استفاده از مدل موهرکلومب و روش المان گسسته بررسی کردند و دریافتند که ظرفیت باربري به طور قابل توجهی به زاویه ا صطکاك داخلی ارتباط دارد مخ صوصاً براي زوایاي اصطکاك داخلی بالاتر از 30 درجه-همچنین فاضلی و قره [2] تحلیل عددي بر روي ظرفیت باربري خاك به روش تغییر پارامترهاي خاك انجام دادند و دریافتند که وزن مخصوص در هر زاویه اصطکاکی با ظرفیت باربري به صورت خطی ارتباط دارد وهمچنین پاراکاش و کاپوري در سال 2010 به این نتیجه رسیدند که با افزایش چسبندگی میزان ظرفیت باربري افزایش مییابد.
با نگاهی به تحقیقات انجام شده میتوان دریافت که تحقیقات صورت گرفته بیشتر در حوزهي تحقیقات آزمایشگاهی بوده و همچنین بیشتر بر روي پارامترهاي خاك تمرکز شده و کمتر پارامترهاي خود پی و زلزله مد نظر قرار گرفته است لذا در این تحقیق این موارد مد نظر قرار گرفته و سعی بر آن شده تا رفع گردد.
-2 مواد و روشها
در این تحقیق سعی شده تا یک تحلیل عددي بر روي پارامترهاي نامبرده شده از خاك انجام شود بنابراین با استفاده از نرم افزار تفاضل محدود FLAC2D تحقیقاتی بر روي پارامترهاي مختلف خاكهاي ماسهاي و رسی انجام شده که به این منظور ابتدا به صحت سنجی این نرم افزار پرداخته
شده است که به شرح زیر میباشد.
-2-1 صحت سنجی
به منظور صحت سنجی نرم افزار FLAC آزمایش میز لرزه که توسط Knappett و همکارانش [12] انجام شده بود مورد استفاده قرار گرفت. در این آزمایش از یک مدل شالوده نواري و سازه روي آن از بلوك برنجی ساخته شده است به طوري که ارتفاع کل آن 111 میلیمتر، عرض 51 میلیمتر وطول 311 میلیمتراست .این مدل درون محفظهاي به ابعاد 311751 میلیمتر و عمق 500 میلیمتر قرار داده شده است .خاك زیر پی ماسه سیلیسی است و به روش بارش خشک ریخته شده است .مشخصات این خاك در جدول 1 خلاصه شده است .مدل به مدت 3 ثانیه تحت تأثیر شتاب سینوسی با دامنه 0/26g و فرکانس 3/6 هرتز قرار گرفته است .شکل گوه گسیختگی و میزان نشست براي آزمایش A2 در شکل 1 نشان داده شده است.
جدول -1 مشخصات خاك مورد استفاده در آزمایش Knappett
شکل -1 مکانیز گسیختگی آزمایش میز لرزه Knappett تحت بار لرزه اي
در نرم افزار FLAC مدلسازي ما در سه گام انجام شده که عبارتند ازتعادل مدل، فعال کردن پی با بار روي آن و فعال کردن موج زلزله.که در قسمت اول بحث ساخت مدل را داریم و نیروهاي نامتعادل داخل مدل خاك را به صفر میرسانیم و پس از این مرحله به فعال کردن پی بر روي خاك در حالت استاتیکی و بارگذاري روي آن میرسیم و پس از آن نوبت به فعال کردن موج زلزله و بررسی نشست دینامیکی مدل میرسد که همان طور که در شکل 3 مشاهده میشود در گام بیست و دوم نشستی برابر 8/4103 دارد که بیانگر تطابق %97 با مدل مبنا میباشد.
شکل -2 نشست دینامیکی مدل صحت سنجی
-2-2 مشخصات مدل عددي
در این مدل به منظور اطمینان از عدم تأثیر محدودیتهاي مرزهاي مدل بر روي نشست دینامیکی شالوده، فاصلهي مرزهاي کناري تحتانی از پی به مقدار 11 برابر عرض پی در نظر گرفته شده است. مدل رفتاري الاستوپلاستیک با معیار گسیختگی موهرکلومب میباشد. به جهت مدل سازي شالوده در وسط مرز بالایی به عرض 2 متر و ارتفاع 50 سانتیمترقرار گرفته است، همچنین مشخصات مکانیکی شالوده بتنی و خاك مورد استفاده در تحلیل عددي در جدول شماره 2 آورده شده است.
جدول -2 مشخصات مکانیکی شالوده بتنی و خاك مورد استفاده
زاویه اصطکاك سطح مشترك نیز برابر دو سوم زاویه اصطکاك داخلی خاك در نظر گرفته شده است، همچنین با توجه به رابطهي یک مقدار تنش بهینه در زیر شالوده برابر 120 کیلو پاسکال در نظر گرفته شده است
