بخشی از مقاله
چکیده
بروز جنبش های نیرومند زلزله دارای دو اثر مشخص بر روی شالوده های واقع بر شمعها است. اولین اثر، رفتار غیر خطی خاک محیط بر شمع می باشد و دومین اثر برجسته ، ایجاد نیروهای قوی اینرسی در خاک مجاور سر شمع است که باعث جدایش بین خاک و شمع می شود.در این مقاله مدلسازی عددی اندرکنش لرزه ای خاک – شمع – روسازه با استفاده از روش تیر بر روی پی وینکلر غیرخطی ارائه شده است . به منظور کنترل دقت و صحت روش پیشنهادی و همچنین کالیبره کردن پارامترهای مدل از نتایج آزمایش های لرزه ای بزرگ مقیاس خاک – شمع – روسازه که بوسیله میز لرزان با درجات آزادی چندگانه انجام شده، استفاده گردیده و در نهایت نتایج حاصل از روش پیشنهادی با نتایج آزمایشها مقایسه گردیده است.
۱- مقدمه
سازه های واقع بر روی شالوده های شمعی که در یک ساختگاه با خاک رسی نرم ساخته می شوند ، تحت تاثیر هردو اندرکنش سینماتیک و اینرسی قرار میگیرند. درنتیجه عامل ایجاد نیروها در شمع درحین زلزله اثر توام این دو اندرکنش می باشد.البته درمواردی گسیختگی شمعها به قدری در عمق زیاد رخ میدهد که بعید به نظر میرسد ناشی از بارهای وارد برسرشمع باشد و علت آن، گسیختگی در اثر تغییر شکل خاک - اندرکنش سینماتیکی - میباشد. اثر بالقوه اندرکنش اخیر در طراحی لرزه ای چندان مورد توجه نمیباشد ودر حقیقت مهندسین معمولا شمعها را با توجه به نیروهای اینرسی طراحی میکنند.به منظور ایجاد یک روش طراحی لرزه ای معقول برای پیهای شمعی ، بررسی اثرات نیروهای حاصل از اندرکنش اینرسی و تغییر شکل خاکها ضروری است . در این خصوص تحقیقات زیادی بر روی پاسخ جانبی شمعهای منفرد و گروه شمعها تحت بارهای دینامیکی انجام شده است و غالبا برای مدلسازی اندرکنش پیچیده مذکور از روشهای گوناگونی از قبیل المان محدود ، المان مرزی و مدل تیر بروی پی وینکلر غیر خطی استفاده میشود.در این مقاله نیز با توجه به امکانات در دسترس از مدل تیر بروی پی وینکلر غیر خطی برای یک شمع منفرد استفاده شده است.
٢-مدل تیر بر پی وینکلر
همانطور که بیان گردید، در مقاله حاضر روش تیر بر روی پی وینکلر غیر خطی جهت انجام مدلسازی و تحلیل مورد استفاده قرارگرفتهاست. این مدل مرکب از یک تیر- ستون با رفتار ارتجاعی خطی که بیانگر شمع و فنرهای غیرخطی و میراگرهای خطی برای در نظرگیری رفتار خاک اطراف شمع مطابق شکل ۱ می باشد.
٣-شبیه سازی آزمایشهای میز لرزان
٣-١- توصیف آزمایشهای میز لرزان
برای بررسی پاسخ لرزه ای اندرکنش خاک شمع سازه یک سری آزمایشهای مدل فیزیکی با مقیاس بزرگ در دانشگاه برکلی]١[ انجام شده است، برای مدلسازی مناسب خاک و فراهم کردن مشخصات سختی و مقاومت آن برای مدل مورد نظر و مقیاس بندی مناسب، خاک مورد استفاده در مدل، از ۲۷% کائولینیت ، ۴۲% بنتونیت ، و۴% خاکستر بادی نوع - C به نسبت وزنی - تشکیل شدهاست. وزن مخصوص خاک مدلkN/m3 ۸/۴۱ ، شاخص خمیری ۵۷ و مقاومت برشی زهکشی نشده kPa ۸/۴ می باشد .
برای بدست آوردن منحنی های کاهش مدول و میرائی - که در روش خطی معادل در برنامه DYFRAمورد استفاده قرار گرفته است - آزمایشهای آزمایشگاهی المان خمشی سه محوری متناوب انجام شدهاست. با استفاده از استانداردهای طراحی، یک لوله فولادی به قطر خارجی ۰۱۴ میلی متر و ضخامت جداره ۷/۲۱ میلی مترکه درون آن با بتن پر شده جهت نمونه اصلی استفاده شدهاست.شرائط مقیاسی حاکم، منجر به انتخاب یک شمع لاغر به طول حدود ۸/۲۱ متر با نسبت طول به قطر۲۳ گردیدهاست. جرمهای متمرکز واقع بر سر آنها از ۰۱ تا ۰۶۱ پوند متغیر است.از آنجائیکه شرط گیرداری در پاسخ جانبی شمع بسیار موثر است، لذا شمعهای مورد استفاده جهت آزمایش،در سر خود نسبت به دوران و در نوک خود نسبت به حرکت انتقالی مقید شده اند.
مطالعه انجام شده در این مقاله بر روی مدلسازی عددی آزمایش میز لرزان که دارای چهار شمع منفرد s1 تا s4 میباشد، متمرکز است .لازم به ذکر است که تفاوت شمعهامربوط به میزان جرم متمرکز واقع بر سر آنها - جرم متمرکز سرشمعs1 تا s4بهترتیب١٦٠،١٠٠،٢٥،١٠پوند - میباشد. شکل ٢ تصویری از مدل آزمایش را نشان میدهد.
