بخشی از مقاله
خلاصه
بیشتر سدهای بتنی موجود در معرض ترک خوردگی قرار دارند. این ترکها توسط عوامل مختلفی از قبیل عملیات اجرایی، عمل آوری بتن، تغییرات حجمی توده بتن، بارهای وارده و غیره ایجاد شده و گسترش احتمالی آنها ممکن است باعث کاهش کارآیی، خرابی و ناپایداری سد بتنی گردد. در سالهای اخیر استفاده از علم مکانیک شکست به عنوان یک روش جدید برای تخمین پایداری و دوام سدهای بتنی، در نشریات معتبر دنیا توصیه گردیده است. با توجه به حساسیت موضوع ترک خوردگی در سدهای بتنی و عدم دقت کافی روشهای مرسوم که قادر به پیش بینی دقیق نحوه گسترش ترک در سدهای بتنی نمیباشد، لذا نیاز به انجام آنالیز کامل و دقیق در مورد رفتار ترک در سدهای بتنی با استفاده از روشهای جدید پیشرفتهای مانند تئوری مکانیک شکست ، احساس میگردد. در این مقاله، یک نمونه سد بتنی - سد مخزنی هایقر - ، بر اساس معیارهای مطرح شده در حوزه مکانیک شکست، پس از تحلیل دینامیکی سد و تحلیل گسترش ترک در نقاطی که بیشترین تنش کششی وجود دارد تحلیل میشود.
مقدمه
سدهای بتنی از دسته سازههای مهم به حساب میآیند زیرا در صورت شکست نه تنها خسارات مالی بلکه خسارات جانی بسیاری به بار میآورند. بنابراین مهندسین و محققین تلاش بسیاری دارند تا با افزایش ضریب اطمینان این سازهها از وقوع چنین حوادثی جلوگیری کنند .[1] ایمنی سدها به طور کلی بر روی مقاومت سد در برابر لغزش و واژگونی تحت فشار هیدرواستاتیکی و لرزش زمین استوار است. اطمینان از ایمنی سدهای بتنی معمولا با آنالیز استاتیکی بدست می آید و با محاسبه پارامترهای استاتیکی که در برابر لغزش و واژگونی مقاومت می کنند و در نظر گرفتن مدل اصطکاکی در نواحی اندرکنش و اعمال بارهای استاتیکی مناسب که بیانگر اثرات دینامیکی ناشی از زمین لرزه بر روی سد می باشد می توان به ضریب اطمینان مناسبی برای پایداری سد رسید. وجود ترک در سدهای بتنی استقامت آنها را در برابر لغزش و واژگونی کاهش می دهد این ترک ها ممکن است ناشی از درزههای کششی که هنگام ساخت سد به وجود میآیند باشد و یا بر اثر مرور زمان و پدیده فرسودگی و یا اثرات ناشی از زمین لرزه باشند.
با توجه به مقاومت کششی ضعیف بتن سدهای وزنی بتنی، انجام آنالیز غیرخطی تحت زمین لرزههای شدید الزامی است. واضح است امکان رشد همزمان ترک در فواصل دور از هم وجود دارد و این موضوع با هیچ بحث تئوری و همچنین تستهای ازمایشگاهی مغایرت نخواهد داشت. امکان رشد همزمان ترک در محل های نزدیک به یکدیگر در یک آنالیزعددی نمی تواند جندان صحیح باشد. زیرا رشد ترک سبب رهاسازی تنشهای اطراف راس ترک میگردد و ممکن است امکان رشد ترکهای همزمان بعدی راتحت تاثیر قرار دهد. امروزه مشخص شده است که یکی از عوامل مهم تخریب سدهای بتنی نیروی زلزله میباشد . چرا که معمولا پس از وقوع زلزله شاهد ظهور ترک در بدنه سدهای بتنی بوده که علیرغم در نظرگرفتن تمهیدات لازم در طراحی بدنه سد، بدلیل ایجاد نیروهای کششی ناشی از زلزله، بتن دچار ترک خوردگی میگردد. این ترک خوردگی هرگاه به صورت مناسبی مهار نگردد میتواند عامل مهمی در تخریب بدنه سد به شمار رود .[2]
منظوراز تحلیل سدهای بتنی علاوه بر بدست آوردن تنشها و کرنشهای موجود در بدنه سد و تحلیل بدنه آن بررسی میزان پایداری در برابر نیروهای بیان شده می باشد. از آنجا که پایداری یک سد وزنی به عوامل مختلفی وابسته است بررسی ضریب اطمینان در برابر پایداری بسیار حائز اهمیت است. پایداری یک سد بتنی به طور کلی در برابر عامل لغزش و واژگونی مورد بررسی قرار می گیرد .[2] در قرن حاضر، تعداد زیادی سد بتنی در نواحی زلزله خیز در حال طراحی میباشند. دیر یا زود تعدادی از این سدها تحت تاثیر زلزله قرار خواهند گرفت. از آنجایی که تخریب یک سد سبب به خطر افتادن جان میلیونها انسان ساکن نواحی پایین دست آن میگردد ، طرح مناسب آن در برابر پتانسیل تخریبگر زلزله امری کاملا ضروری به نظر میرسد .[3]در این مطالعه تحلیل ترک سد ناشی از بار زلزله، فشار هیدرواستاتیک و بار مرده سد، توسط یک نرم افزار اجزاء محدود مورد بررسی قرار می گیرد. چرا که یکی از مهمترین مسائل در رابطه با پایداری سدهای بتنی بحث پایداری در برابر ترک خوردگی بدنه سد میباشد.
پدیده ترک خوردگی در سدها را میتوان به روشهای مختلفی آنالیز و تحلیل نمود - توکلی و دیگران - در این آنالیزها، تنش های بالای ایجاد شده، که بیشتر از مقاومت بتن میباشد، میتواند با آنالیز غیرخطی تفسیر شود. دلایل ایجاد ترک در سدها به دو نوع داخلی و خارجی تقسیم میشود.[4] Rescher نشان داده است که بیشتر سدهای بتنی وزنی تحت بارهای بهرهبرداری و تحت اثر زلزلههای متوسط ترک خواهند خورد. بنابراین فرض رفتار خطی برای سدهای بتنی وزنی درست نیست.[5] در این تحقیق ابتدا سد مخزنی هایقر واقع در استان فارس تحت بارگذاری زلزله کوینا در دو جهت مورد تحلیل تاریخچه زمانی قرار گرفته و پاسخ غیرخطی آن بدست میآید و نتایج مورد واکاوی قرار میگیرد.
2. مدلسازی
در این مطالعه مدل سد مخزنی هایفر مورد استفاده قرار گرفته است، شکل . 1کلیه مراحل مدلسازی و بارگذاری و تحلیل با استفاده از نرم افزار ABAQUS صورت میپذیرد . برای مدلسازی رفتار غیر خطی بتن در نرم افزار ABAQUS، سه مدل ساختاری مختلف برای تحلیل رفتار غیرخطی مصالح بتنی و ترک خوردگی آن، تحت فشار محصور کنندگی کم، در نرم افزار وجود دارد. این مدلها وابسطه به محصول انتخابی برای تحلیل میباشند. - 1 مدل ترک خوردگی آغشتهای بتن درABAQUS ، - 2 استاندارد و مدل ترک خوردگی شکننده بتن درABAQUS ، - 3 مدل پلاستیسیته آسیب بتن مدل انتخابی جهت بررسی رفتار غیرخطی بتن در این تحقیق مدل آسیب بتن میباشد. مدل پلاستیسیته آسیب بتن در نرم افزار آباکوس توانایی مدلسازی بتن و سایر مصالح شبه ترد در همه انواع سازهها اعم از تیرها، پوستهها و اجسام جامد را دارد. این مدلسازی برای توصیف خرابی برگشت ناپذیر که در طی پروسههای شکست رخ میدهند، میباشد. مشخصات سد از قبیل: چگالی، مدول الاستیسیته، ضریب پواسون و زاویه انحطاط در جدول 1 و رفتار کششی سد در شکل 3 و مقادیر متناظر با رفتار فشاری در جدول 2 موجود میباشد. برای مش بندی در نرم افزار از المان های چهارگره ای استفاده شده است. ضمنا سعی شده تا حد امکان مش حالت سازمان یافته داشته باشد ، به همین دلیل در نواحی فوقانی تاج سد، فشردگی المان ها بیشتر شده است.
