بخشی از مقاله
چکیده
پیش بینی نشست پیها یکی از مهمترین و مشکلترین مسائل پیش روی مهندسین ژئوتکنیک است. میزان و توزیع نشست پی بستگی به عوامل مختلفی چون عرض و عمق پی، نوع خاک، سختی پی، سختی روسازه و غیره دارد. بررسی نشست خاک در برابر احداث سازهها یکی از مباحث مورد مطالعه در حوزه ژئوتکنیک بوده که در سال های اخیر کارهای زیادی در این زمینه انجام گرفته است. نشست پیها رابطه مستقیمی با نحوه توزیع بار در آنها دارد. ازاینرو با تغییر در نحوه پخش بار، نشست پی نیز قابل تغییر خواهد بود. از طرفی مدول الاستیسیته خاک که بیانگر مشخصات فیزیکی خاک است، میتواند در مقدار نشست پیها تاثیرگذار باشد. در رابطه با نشست پیهای سطحی تحقیقات کمتری انجام شده است. اما در رابطه با بررسی تاثیر ابعاد پی بر نشست لرزهای پیهای سطحی واقع بر روی خاکهای لایهای مطالعات کمتری انجام شده است.
از اینرو در این پایاننامه تاثیر مشخصات خاک در میزان نشست لرزهای پی-های سطحی بر روی خاکهای دانهای و رسی، میزان وابستگی آن به خصوصیات مکانیکی خاک مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از بررسی نشان دهنده این موضوع است که، میزان نشست خاکها بر اساس مقدار مقاومت و مدول الاستیسیته خاکها است. بر اساس نتایج مشاهده میشود که، با افزایش مقدار مدول الاستیسیته و مقاومت مقدار نشست کمتر و با کاهش آنها مقدار نشست بیشتر میگردد. اما در مورد نحوه توزیع تنش، مقدار جابجایی طبقات و همچنین انرژی کرنشی ذخیره شده، عکس این موضوع صادق است.
1 مقدمه:
عموما در روش های معمول محاسبه و طرح سازه ها در برابر زلزله، خاک در زیر سازه صلب فرض میشود. گرچه این فرض برای سازه های بلند قرار گرفته بر روی بستر سنگی صحیح است ولی برای سازه های با پریود کوتاه و واقع بر خاک نرم دور از واقعیت می باشد، لذا در این حالت باید اثر خاک زیر سازه دیده شود. قرارگیری سازه بر بستر انعطاف پذیر، تشکیل سیستم جدیدی از خاک و سازه را می دهد که در مقایسه با سیستم قرار گرفته بر روی بستر صلب دارای انعطاف پذیری بیشتری است. همچنین به دلیل انتقال بخشی از انرژی ارتعاشی به سوی فضای نیمه بی نهایت منبع جدیدی از میرایی به نام میرایی تشعشعی به وجود خواهد آمد که باعث تغییر در رفتار دینامیکی سازه می گردد. محققین روش های متعددی را در تحلیل و بررسی رفتار سیستم خاک و سازه در محدوده ی ارتجاعی ارائه نموده اند.
ولیکن در محدوده ی غیر ارتجاعی مطالعات چندانی صورت نگرفته است. در حالی که سازه ها عموما به گونه ای طراحی می شوند که در هنگام زلزله های شدید و متوسط با وارد شدن به محدوده ی غیر ارتجاعی مقاومت می کنند، مسلما قرارگیری چنین سازه ای بر بستر انعطاف پذیر باعث تغییر در پاسخ غیرخطی سازه می گردد، لذا هر گونه بررسی واقع گرایانه بر روی اثر اندرکنش خاک و سازه بر پاسخ سازه ها باید در برگیرنده اثر اندرکنش خاک و سازه بر روی رفتار غیرخطی سازه نیز باشد. به منظور آنالیز دینامیکی یک سازه مرسوم است که زلزله ای که در میدان آزاد خاک1 ثبت شده است - یعنی حالتی که سازه احداث نشده و حفاری های مربوطه نیز انجام نگرفته است - ،
به پای سازه ثابت وارد می شود و تحلیل دینامیکی انجام می گردد. البته این حالت وقتی صحیح است که سازه مربوطه بر روی یک خاک سخت بنا شده باشد، در غیر این صورت پاسخ سازه تحت اثر پدیده اندرکنش خاک سازه بسیار متفاوت خواهد بود. اصولا اثر اندرکنش خاک سازه هنگامی اهمیت می یابد که سازه های حجیم یا سخت از قبیل رآکتورهای اتمی یا سدها بر روی خاک نسبتا نرم قرار گیرند. تأثیراتی که اندرکنش خاک سازه ایجاد می کند، به دو اثر اندرکنش سینماتیکی2و اثر اندرکنش اینرسی3تقسیم بندی می شوند. هنگامی که جرم پی و سازه در نظر گرفته نشود، به دلیل صلبیت پی سازه نسبت به خاک و عدم قابلیت تطابق خاک با حرکت میدان آزاد، پی سازه میانگینی از حرکت میدان آزاد خاک را تجربه می کند که به این حرکت تغییر یافته، تحریک ورودی به پی می گویند.
این اثر را که جدا از جرم پی و سازه می باشد، اندرکنش سینماتیکی می نامند. با وجود جرم سازه و پی، ارتعاش سازه و نیروی اینرسی ناشی از آن باعث ایجاد حرکت جدیدی در پی خواهد شد که این اثر را اندرکنش اینرسی می نامند. این دو اثر باعث می گردند که حرکت پی در هنگام زلزله کاملا متفاوت از پاسخ ناشی از حرکت میدان آزاد خاک شود. مطالعات نشان می دهد که اثر اندرکنش اینرسی دارای اهمیت بیشتری نسبت به اندرکنش سینماتیکی می باشد. اثر انعطاف پذیری خاک بر روی پاسخ دینامیکی سازه موضوع تحقیقات در طول سه دهه اخیر می باشد. به طور کلی دو راه حل متفاوت در ارزیابی پاسخ دینامیکی سازه با در نظر گرفتن اثر اندرکنش خاک سازه وجود دارد، اولین راه حل، اصلاح زلزله ثبت شده در میدان آزاد خاک می باشد و سپس سازه در برابر این تحریکات اصلاح شده آنالیز می گردد. در حالیکه دومین روش، جایگزینی سازه با یک مدل جدید است که اثر وجود خاک را در تحلیل دینامیکی در نظر می گیرد. این دو روش در صورتی که درست اعمال گردند به یک جواب منتهی می گردند.
به طور کلی استفاده از روش دوم مرسوم تر می باشد. روش های درنظرگیری سیستم خاک سازه را می توان به دو دسته تقسیم بندی کرد: یکی روش زیرسازه4 و دیگری روش مستقیم5است. در روش مستقیم، قسمتی از خاک همراه با سازه مدل می شود و حرکت میدان آزاد خاک بر روی مرزهای مصنوعی خاک اعمال می گردد. معرفی مرزهای مصنوعی یک امر اجتناب ناپذیر می باشد، زیرا که نمی توان خاک نامحدود - فضای نیمه بی نهایت - را با تعدادی المان محدود مدل کرد و از طرف دیگر مرزهای مجازی اگر به صورت ساده و بدون انجام تمهیداتی استفاده شوند، باید به اندازه کافی دور باشند تا ازانعکاس امواجی که انرژی ارتعاشی را به صورت تشعشعی دور می کنند، جلوگیری شود. به عنوان یک راه حل دقیق تر می توان از مرزهای گذرا6که اجازه انتقال انرژی به سمت بی نهایت را می دهند، استفاده کرد.
مشکل دیگر این روش آن است که حرکت میدان آزاد خاک باید در این مرزهای مصنوعی اعمال گردد و چون بیشتر این نوع حرکات به صورت شتاب نگاشت در سطح خاک برداشت شده اند و در عمق خاک نامشخص هستند، لذا باید این حرکات در عمق خاک نیز مشخص گردند. از طرف دیگر، تعداد زیاد درجات آزادی مسأله منجر به زمان طولانی اجرا می شود که هزینه زیادی را در بر دارد و فقط برای پروژه های بزرگ و با اهمیت از این روش استفاده می شود.در روش زیرسازه، سیستم خاک سازه به دو قسمت تقسیم می گردد: قسمت اول سازه مستقر بر پی است و قسمت دوم خاک که دارای یک مرز مشترک با پی سازه می باشد. ابتدا رابطه نیرو - تغییر مکان خاک - سختی دینامیکی - برای گره های موجود در مرز مشترک تعیین می شود که می توان آن را به صورت فیزیکی با تعدادی فنر و میراگر که ضرایبشان به فرکانس تحریک وابسته است، بیان نمود. سپس سازه موجود بر روی این فنرها و میراگرها با اعمال حرکت میدان آزاد خاک به تکیه گاه فنر و میراگرها تحلیل می گردد. لذا با این روش پیچید ه ترین سیستم خاک - سازه به دو قسمت قابل کنترل شکسته می شود که با تلاش کمتری تحلیل صورت می گیرد. در این روش، خاک و سازه را می توان با دو روش جداگانه آنالیز کرد و یکی از آن دو را با جزئیات بیشتری وارد مسأله نمود و پارامترهای مهم تأثیرگذار در مسأله را می توان به راحتی تشخیص داد. این مزایا باعث گردیده است که محققین و طراحان به استفاده از روش زیرسازه روی آورند.
-2 مروری بر مطالعات گذشته
بر اساس تجربههای گذشته میتوان گفت که، نشست لرزهای فونداسیون باعث ایجاد خسارات زیاد در ساختمانها میشود. لذا کنترل نشست یکی از دغدغههای مهندسین بوده است. از اینرو با بررسی عوامل مختلف موثر بر نشست لرزه ای فونداسیونها میتوان، از ایجاد نشستهای بیش از حد مجاز در پیها جلوگیری نمود.
