بخشی از مقاله
خلاصه
یک پدیده اندرکنش پی / خاک - سازه - خاکریز با استفاده از روش اجزای محدود به منظور تحلیل رفتار دینامیکی دیوار حایل طره ای تحت حرکات مختلف زمین ، شبیه سازی شده است . اثرات محنوای فرکانسی زلزله و اندرکنش خاک - سازه با استفاده از 5 حرکت لرزه ای مختلف و شش نوع خاک مختلف ارزیابی شده اند . تحقیق عمدتا شامل 3 بخش می باشد . در بخش اول ، بعد از مرور خلاصه مسئله ، مدل اجزای محدود با مرز ویسکوز تحت شرایط پایه ای ثابت پیشنهاد شده است
در بخش دوم ، فرمولاسیون تحلیلی با استفاده از روش تحلیل مودال به منظور فراهم آوری صحت سنجی مدل اجزای محدود ، و تطابق قابل قبول بین نتایج عددی و تحلیلی ارائه شده است . سرانجام ، روش بمنظور اثرات ارزیابی های تحلیلی در آینده بر نه فقط محتوای فرکانسی زلزله بلکه اندرکنش خاک / پی ، و تحلیل تاریخچه غیرخطی زمان انجام شده است . می توان نتیجه گرفت که پاسخ دینامیکی دیوار طره ای به مشخصات فرکانسی زلزله ثبت شده و اندرکنش خاک - سازه بسیار حساس است .
1. مقدمه
یکی از اهداف اصلی در طراحی سازه ها، اطمینان یافتن از عملکرد مناسب و قابل قبول سازه در طول عمر مفیدش در شرایطی که در معرض حرکات مختلف زمین میباشد. از اینرو مطالعه رفتار لرزهای جهت طراحی ایمن برای دیوارهای حائل در ناحیه لرزه خیز ضروری و حیاتی میباشد؛ زیرا آنها کاربرد گستردهای در سازههای مهندسی مانند سیستمهای نگهدارنده خاک، تقویت شیروانیهای ساخته شده در مجاورت جادهها و مناطق مسکونی دارد
روشهای موجود و در دسترس که تا به حال جهت تحلیل لرزهای دیوارهای حائل استفاده شده است را میتوان به صورت زیر به سه دسته کلی طبقهبندی نمود:
الف - دسته اول روشهای سنتی میباشد که جهت بررسی های ژئوتکنیکی و رفتار سازهای دیوارها توسعه پیدا کرد. در این حالت حرکتهای نسبی دیوار و همچنین مصالح خاکریز پشت آن یه اندازهای زیاد میباشد که می تواند وضعیت حدی و یا گسیختگی را در خاک فراهم نماید.
ب - در دسته دوم، دیوار به طور کامل صلب میباشد و حرکت زمین نیز به قدر کافی با شدت پایین میباشد؛ به همین علت رفتار خاکریز به صورت الاستیک خطی در نظر گرفته میشود.
پ - در دسته سوم رفتار خاک به صورت غیر خطی می باشد. این روش جزء روشهای اجزا محدود میباشد که معمولا برای سیستمهای خاک-دیوار استفاده میشود.[4] الگامال1 و همکاران اطلاعات اولیه مشخصههای دینامیکی سیستم خاکریز-دیوار طرهای را از طریق تحلیل اجزاء محدود در آزمایشهای ارتعاش نیرو به دست آوردند.
آقایتوفِن در تحقیق خود موارد زیر را انجام و مورد بررسی قرار داده است :
الف - بعد از بررسی مختصر مسئله، با تحقیقاتی که صورت گرفت، جزئیات مدل اجزاء محدود سیستم ارائه شد.
ب - جهت بررسی صحت مدل و همچنین فرضیات الاستیک خاک، یک مدل تحلیل پیشنهاد شد.
پ - برای تحقیقات بیشتر و دقیقتر رفتار لرزهای دیوار طرهای، اثرات اندرکنش خاک-سازه و محتوای فرکانسی زمین لرزه در نظر گرفته شد.
پنج نوع مختلف حرکت زمین شامل امپریا1979 3، کوآلینگا1983 4، وایتیر1987 5، لوما1989 6 و نوردرج1999 7 برای بررسی تاثیر محتوای فرکانسی همه رکوردها استفاده شد؛ ماکزیمم شتاب افقی زمین 0.37g به دست آمد.
مشخصههای محتوای فرکانسی حرکت زمین در پریود غالب، پهنای باند، فرکانس مرکزی، شدت طیف انرژی، نسبت سرعت به شتاب ماکزیمم زمین، شدت طیف پاسخ، شدت طیف سرعت، شدت طیف شتاب و غیره منعکس میشود
اگرچه اندازهگیری ماکزیمم شتاب زمین - PGA - و ماکزیمم سرعت زمین - PGV - برای مطالعه لرزهشناسی خیلی مفید هستند، اما هیچگونه اطلاعاتی را نمیتواند در مورد محتوای فرکانسی فراهم نماید.
پارامترهای PGA و PGV بایستی توسط اطلاعات اضافی جهت توصیف مناسب حرکت زمین تکمیل شود.[7] در این ارتباط نسبت پارامتر حرکت زمین میباشد که اطلاعات بسیار مناسبی را در مورد محتوای فرکانسی ارائه مینماید. به علت این که PGA و PGVمعمولاً با حرکت زمین با فرکانسهای متفاوت همراه میباشد، نسبت آنها بایستی با محتوای فرکانسی حرکت زمین رابطه داشته باشد
2. تعریف مسئله
مسئله تحت بررسی شامل یک لایه یکنواخت با مصالح الاستیک میباشد که سطح بالایی آن آزاد و بدون سربار میباشد که به یک کف صلب غیر قابل تغییر شکل متصل شده است و در طول یکی از مرزهای عمودی خود توسط یک دیوار طرهای یکنواخت نگه داشته شده است به طوری که پایین آن ثابت و بالای آن آزاد میباشد. ارتفاع دیوار و لایهی خاکریز پشت آن یکسان فرض شده است. خصوصیات لایه خاک توسط جرم مخصوص، مدول برشی الاستیک، نسبت پوآسون و خصوصیات دیوار سازهای نیز توسط ضخامت، دانسیته جرمی، ممان اینرسی، مدول یانگ و نسبت پوآسون تعریف شده است. همچنین خاک، خشک و بدون چسبندگی در تحلیل تعریف گشت. در شکل 1 سیستم دیوار طره - خاکریز نشان داده شده است.
شکل :1 سیستم دیوار حائل - خاکریز در نظر گرفته شده
3. مدل سازی اجزای محدود
در این ارتباط مدل عددی پیشنهادی برای مسئله تحت شرایطی که پایه آن ثابت فرض شده است به صورت شکل 2 میباشد. حائز اهمیت است که در اینجا مدل اجزای محدود و تحلیلها با استفاده از نرمافزار تجاری انسیس انجام شده است.
شکل :2 مدل اجزای محدود سیستم دیوار طره - خاکریز
در مدل اجزای محدود، دیوار سازهای و خاک با اجزای های جامد11 هشت گرهای که دارای سه درجه آزدی انتقالی در هر گره میباشد، تعریف شده است. یک موج در سطح افقی که در راستای x منتشر شد، این موضوع به عنوان شرایط مرزی محسوب میشود. نیروهای وارد شده بر خاک در یک جز اجزای مکعبی واحد در شکل 3 قابل مشاهده میباشد
