بخشی از مقاله
تحليل ديناميکي ديوار حائل وزني دريايي (Quay Wall) داراي ن پيوستگي در ارتفاع (مطالعه موردي )
چکيده
در تحقيق حاضر به مطالعه رفتار لرزه اي نوعي ديوار حائل که بعنوان اسکله در بنادر بکار ميرود پرداخته شده است . ايـن ديوارهـا از بلوکهاي بتني که بصورت وزني روي يکديگر قرار ميگيرند تشکيل ميشوند بطوريکه هيچگونه چسـبندگي و چفـت و بسـتي بـين بلوکهـا وجود نداشته و اتصال انها فقط از نوع اصطکاکي ميباشد. ديوار مورد نظـر بـه عنـوان يکـي از گزينـه هـاي سـاخت اسـکله هـاي بنـدر پتروشيمي پارس مطرح بوده است . رفتار اين ديوار به سه روش شبه استاتيکي عددي ، شبه استاتيکي تعادل حدي و ديناميکي غيـر خطـي کامل مورد مطالعه قرار گرفته است و در نهايت با توجه به نتايج بدست آمده از تحليلهاي عددي و ضرايب اطمينان محاسبه شـده بـروش تعادل حدي ، اين نتيجه بدست آمده که ديوار تحت اثر حداکثر زلزله محتمل در منطقه (MCE) به حالت ناپايـدار درخواهـد آمـد. از نرم افزارهاي D٢-FLAC جهت انجام تحليلهاي عددي و GEOSLOPE جهت تحليل تعادل حدي استفاده شده است .
کليد واژه ها: ديوار حائل ، مطالعه موردي ، تحليل ديناميکي ، تعادل حدي ، D٢-Flac ,Quay Wall
۱- مقدمه
بطور کلي هدف از طراحي ديوارهاي حائل ، مقاومت در برابر نيروهاي جانبي اعمال شده توسط تـوده خـاک ميباشد. مسئله اصلي در طرح ديوار حائل ، فشار اعمال شده به ديوار در اثر زلزله و نيز جابجايي افقي ايجاد شده در آن ميباشد. بهمين دليل بررسي رفتار ديوارهاي حائل تحت اثر بارهاي ديناميکي از اهميت خاصي برخـوردار ميباشد. تحليل رفتار ديوارهاي حائل تحت بارهاي زلزله به روشهاي مختلفي انجام ميشـود کـه دقـت جوابهـاي بدست آمده در هريک از آنها به فرضيات بکار رفته در آنها بستگي دارد. يکي از ساده ترين روشهاي تحليل رفتار ديوارها روش شبه استاتيکي ميباشد. در اين روش شتاب اعمال شده به ديوار در طول زلزله ، بصورت شتاب افقي متوسط به آن وارد ميشود. بدين ترتيب مسئله به حالت استاتيکي ساده تبديل ميشود که با انجام آناليز عـددي ، جابجايي افقي و فشارهاي اعمال شده به ديوار محاسبه ميشوند. همچنين با بکارگ ري روش تعادل حدي ميتوان ضريب اطمينان در برابر پايداري را در اين حالت بدست آورد.
روش شبه استاتيکي بدليل فرضهاي ساده کننده بکارگرفته شده در آن نبايد بعنوان روش اصلي در تحليـل رفتار سازه ها در برابر زلزله بکار رود اما با اين حال ميتواند بعنوان ابزار خوبي جهت تخمين اوليه رفتار ديناميکي سازه هاي حائل و شيبها بکار رود. بدليل محدوديتهاي موجود در اين روش محققان مطالعاتي را جهـت کـاملتر کردن آن انجام داده اند که منجر به ارائه روشهاي ديگري شده اسـت . در دومـين کنفـرانس تخصصـي مکانيـک خاک ASCE که در سال ۱۹۷۰ برگزار شد رابطه مونونوبه -اوکابه بعنوان روش استانداردي براي ارزيابي نيروهاي جانبي ديناميکي در طراحي سازه هاي حائل پيشنهاد شد.. روش پيشنهاد شده توسط نيومارک در سـال ۱۹۶۵ نيز يکي ديگر از روشهاي نسبتا" ساده جهت تعيين تغيير شکلهاي لرزه اي ماندگار در سازه هاي خاکي ميباشـد که با اصلاحاتي که تاکنون روي آن انجام گرفته است ، در حال حاضر بعنوان روشي نسبتا" متـداول و معتبـر در تعيين جابجايي لرزه اي سازه هاي خاکي بکار برده ميشود.
اما کاملترين روش ارزيابي رفتار ديناميکي سازه هاي خاکي ، تحليل ديناميکي (تاريخچه زماني ) غير خطـي کامل ميباشد. در اين روش رفتار سازه در هر لحظه از زمين لرزه قابـل بررسـي ميباشـد. اسـتفاده از ايـن روش بدليل پيچيدگي و زمان زياد مورد نياز براي حل ، هنـوز کـاملا" متـداول نيسـت و بسـياري از طراحـان تـرجيح ميدهند اين روش را بعنوان يک روش کنترل کننده نهايي براي کيفيت طرح بکار برند.
در تحقيق حاضر ديوار حائل مورد نظر ابتدا به روش شـبه اسـتاتيکي عـددي تحليـل شـده و جابجـايي آن محاسبه شده است . سپس ضرايب اطمينان در برابر پايداري لرزه اي بروش تعادل حدي محاسـبه شـده انـد. در نهايت رفتار آن بروش ديناميکي غيرخطي کامل تحت اثر زلزله محتمل در منطقه بررسي شده است . ديوار مورد نظر قبلا" بوسيله محققين ديگر نيز بررسي شده اما در مورد پايداري آن نتيجه لي ارائه نشده است [۷] .
۲- تعريف مسئله
ديوار حائل مورد نظر بعنوان يکي از گزينه ها جهت احدال اسکله هـاي بنـدر پتروشـيمي پـارر واقـک در عسلويه در استان بوشهر مطرح بوده است . اين اسکله ها جهت انتقال گاز و فرآورده هاي پترو شيمي به کشتيها بکار ميروند. ديوار از قرار دادن ۱۰ بلوک بتني که بصورت وزني روي يکديگر قرار خواهند گرفت تشکيل شـده و داراي ارتفاو طط متر خواهد بود. مقطک ديوار در شکل ۱ نشان داده شده است . مشخصات بيه بندي خاک بستر که از انجام آزمايد بر نمونه هـاي اسـتخراي شـده از گمانـه هـاي اکتشـافي بدسـت آمـده انـد در جـدول ۱ و خصوصيات مصالح پشت ديوار در جدول ط ارائه شده است .
۳- سطوح طراحي زلزله محتمل در منطقه
دو سطح طراحي جهت بررسي رفتار لرزه اي ديوار درنظر گرفته شـده اسـت . سـطح اول زلزلـه پايـه طـر ح(DBE) است که در آن انتظار ميرود پس از وقوو زلزله سازه کاربري خود را حفا کرده يا با تغييرات جزئي در مدت کوتاهي کاربري خود را بدست آورد. زلزله محتمل در اين سـطح ، زلزلـه اي بـا دوره بازگشـت ۷۵ سـال و حداکرر شتاب افقي g٠٢٣ با احتمال وقوو ۵۰ درصد در طول عمر مفيد سازه ميباشد. سطح دوم ماکزيمط زلزله محتمل در منطقه ز(MCE) است که در آن انتظار ميرود زلزله سبب آسيب ديدگي شديد به سازه شده اما باعث فروريختن آن نشود. زلزله محتمل در اين سطح ، زلزله اي با دوره بازگشـت ۷۵د سـال و حـداکرر شـتاب افقـي g٠٤٢ با احتمال وقوو ۱۰ درصد در طول عمر مفيد سازه ميباشد.
۴- تحليل رفتار لرزه اي ديوار به روش شبه استاتيکي با استفاده از نرم افزار FLAC انجمن مهندسين راه و ساختمان آمريکا (ASCE) ميزان شتاب افقي مناسب براي تحليل شبه اسـتاتيکي را بر مبناي تحقيقات سيد ( Seed ) در سال ۱۹۷۹ و مار يوسان ( Marcuson ) در سال ۱ه۱۹ معادل يي تا ۵۰ درصد حداکرر شتاب افقي زمين (PGA) پيشنهاد کرده است . بنابراين توصيه ، ميزان شتاب افقي اعمال شـده در سطح DBE برابر g٠١ و در سطح MCE برابر g٠١٥ در نظر گرفته شده است . اين مقادير در محدوده حد پايين توصيه شده توسط ASCE ميباشند. پس از اعمال شتاب افقي متناار با سطح DBE تغيير مکان افقي cm٢٦ در تاي ديوار ايجاد شد. بررسي سطوح پلاستيک و کرنشهاي برشي ايجاد شده مشـخي مـي کنـد در سـطح DBE فقط بخشهايي از مدل وارد مرحله پلاستيک شده و مکانيزم گسيختگي در مدل تشکيل نشده است .
اعمال شتاب افقي متناار با سطح MCE سبب بروز تغيير مکان افقي cm٤٨٧ در تاي ديـوار شـد. مطالعـه سطوح پلاستيک و کرنشهاي برشي ايجاد شده نشان ميدهند که در سطح MCE بخشهاي زيـادي از مـدل وارد مرحله پلاستيک شده و مدل ديوار در آستانه لغزش قرار ميگيرد. نکر اين مطلب الزامـي اسـت کـه پارامترهـاي مقاومت برشي بکار رفته در اين آناليز، پارامترهايي هسـتند کـه از نقطـه مـا زيمط مقاومـت ( Peak ) منحنـي تند-کرند بدست آمده اند در حاليکه که در مدل کرنشهاي بزرگـي ايجـاد شـده کـه بزرگتـر از حـد ـرند ما زيمط هستند. در بخد بعد ضرايب اطمينـان پايـداري بـراي هـر دو دسـته پارامترهـاي مقاومـت حـدا( Peak ) و پسماند (Residual) محاسبه شده اند.
۵- تعيين ضرايب اطمينان پايداري ديوار بر اساس روابط تعادل حدي
ضرايب اطمينان پايداري ديوار در دو سطح DBE و MCE بر پايه معادبت تعادل حدي و بر اسار روشهاي بيشات (Bishop ) و يانبو ( Janbu ) توسط نرم افزار GEOSLOPE محاسبه شده انـد. کرنشـهاي زيـاد ايجـاد شده که در بخد قبل به آن اشاره شد لزوم درنظرگيري پارامترهاي مقاومت برشي پسماند را مشخي ميکنـد.
