بخشی از مقاله
چکیده
تحلیل حرارتی سدهای بتن غلتکی در طراحی و ساخت این سدها نقش بسیار مهمی دارد. کنترل تنش های حرارتی ر زمان ساخت سد باعث افزایش بهره وری این نوع سدها به هنگام آبگیری و زمان بروز بارهای لرزه ای از جمله زلزله می شود. ارائه روش برای پیش بینی تنش ها و کرنش های حرارتی این نوع سدها همواره مورد توجه محققین و طراحان بوده است. برای انجام تحقیق از برنامه ABAQUS که بر مبنای المان محدود عمل می نماید، استفاده شده است. برای اعتبار سنجی آنالیز حرارتی-مکانیکی، شبیه سازی حرارتی سد کینتا مورد استفاده قرار گرفته است و نتایج عددی با نتایج ترموکوپل های جاگذاری شده در سد مقایسه شده است. نتایج اعتبار سنجی نشان می دهد که تطابق متاسبی مابین اطلاعات عددی و آزمایشگاهی موجود است. در این میان نتایح آماری اختلاف معنی داری را بین دو نمونه نشان نمی دهد. برای ایجاد رابطه غیر خطی در بین نتایج عددی، روش شبکه عصبی مورد استفاده قرار گرفته است. برای این عمل با بررسی مدل های مختلف با تعداد نرون های میانی متفاوت و با توجه به شاخصهای ارزیابی مدل مناسب ترین لایه ها، ساختار بهینه مدل از نظر تعداد نرونهای میانی و مشخصات شبکه و توابع فعالیت آن انتخاب شده است. در ادامه تحلیل حساسیت بر اساس روش گارسن و میلن انجام شده است. آنالیز حساسیت انجام شده حاکی از آن است که ضریب انبساط حرارتی دارای درصد حساسیت 3,87 بوده که تاثیر قابل توجهی نسبت به سایر پارامترها بر مقادیر تنش سد دارد.
مقدمه
استفاده از بتن غلتکی میتواند سرعت عملیات ساخت سدهای بتنی را بنحو چشمگیری افزایش دهد. از سوی دیگر عدم امکان استفاده از سیستم های پس سرد کن بتن و محدود بودن تعداد درزهای عرضی در این نوع سدها باعث شده تا بررسی مسائل حرارتی و پروفیل های زمانی دمای بتن بدنه سد از پارامترهای مهم در طراحی و برنامه ریزی اجرایی این نوع سدها بشمار آید - صباغ یزدی و همکاران، . - 2003 در این راستا از روش های مختلفی از قبیل ساخت مدل، روش های تحلیلی و گرافیکی و روش های عددی استفاده شده است. امروزه روش های محاسباتی عددی- ریاضی به عنوان جدیدترین و مناسب ترین روش برای انجام این محاسبات شناخته شده است.
هینکس و کوپلی روشی برای پیش بینی دماها و تنش های حرارتی در سدهای بتن غلتکی ارایه داده اند. در این روش از نرم افزارهای عمومی در زمینه المان محدود غیر خطی استفاده شده است - هینکس و همکاران، . - 1995 در مطالعه موردی یک سد در سال 1966 این واقعیت را نمایان ساخت که روش عددی اجزاء محدود به کار گرفته شده در تحلیل تنشهای موجود در بدنه این نوع سدها، نتایج قابل قبول و نزدیک به واقعیت و با ضریب اطمینان بالا را نسبت به نتایج کسب شده از بررسی های فیزیکی حاصل می نمایند - ری کلاو و همکاران، . - 1999 در سال1992 تترو و شرایدر در یک مطالعه موردی روشی تجربی را برای محاسبه گام به گام بدست آوردن خصوصیات ترک های حرارتی، از جمله محل و پهنا به روش عددی در سدهای بتن غلتکی ارائه دادند - تترو و همکاران، . - 1992 در سال 1992 بارت و همکاران در مطالعه موردی دیگری بر اساس روشی تحلیلی به برآورد اثر حرارت در تولید گرما در سد بتن غلتکی پرداخته و روش عددی اجزاء محدود را برای رسیدن به این مقصود انتخاب کردند - بارت و همکاران، . - 1992
در مطالعه موردی دیگری در سال 1994کارسون و سورنسن با استفاده از روش اجزاء محدود به بررسی معادلات انتقال حرارت در سدهای بتن غلتکی پرداخته و به همگرائی خوبی بین نتایج عددی بدست آمده از برنامه کامپیوتری و اندازه گیری های حقیقی صورت گرفته، در نتایج کاری ارا ئه نمودند - کارسون و همکاران، . - 1994 در سال 2001 چن و همکاران به تحلیل تنش های حرارتی در سد بتن غلتکی به روش اجزای محدود سه بعدی پرداختند به این مهم دست یافتند که افزودن پوزولان در بتن مصرفی، باعث کاهش 15تا50 درصدی ترکهای ناشی از هیدراتاسیون سیمان میگردد - چن و همکاران، . - 2001 در سال 2003 ملکاوی و همکاران به تحلیل حرارتی سد بتن غلتکی مجیب در کشور اردن، به روش اجزای محدود دو بعدی و سه بعدی پرداخته و برای شبیه سازی مراحل ساخت سد از برنامه عددی Ansys کمک گرفتند - ملکاوی و همکاران، . - 2003
در مطالعه موردی دیگر آقایان رواندا و همکاران در سال 2005 به بررسی ترک های حرارتی در سد لابرنادو در هنگام ساخت پرداخته اند و در روش غیرخطی توسعه یافته تحلیل ساختاری به کمک روش اجزای محدود به این دست یافتند که در تحلیل مکانیکی، درصورتی که وزن کل سد درنظر گرفته شود تنش های سه محوری بدست می آید و درصورتی که بار حرارتی نیز بدان اضافه شود این امر باعث آشکار شدن تنش کششی بسیار زیاد در پی سد و سطوح بالادست و پائین دست می گردد - رواندا و همکاران، . - 2005 در یک مطالعه عددی دیگر در سال 2005 باروس و همکاران به تحلیل عددی و گسترش کاربرد برنامه کامپیوتری در آنالیز حرارتی در احجام بزرگ بتنی و با تأکید ویژه بر روی سدهای بتن غلتکی پرداختند و به این مهم دست یافتند که در این نوع سدها برنامه زمان بندی ساخت، تأثیر بسزایی در مدت تولید حرارت بتن و دامنه تنش دارد که می تواند ترک های حرارتی متنوعی را تولید کند - باروس و همکاران، . - 2005 در سال 2006 نورزائی و همکاران به تحلیل حرارتی سد بتن غلتکی وزنی کینتا1 پرداختند که یکی از اولین سدهای بتن غلتکی کشور مالزی به شمار میرود و بهکمک روش عددی اجزای محدود دو بعدی به بررسی توزیع حرارت پرداخته و به نتایج بسیار مشابهی با حرارتسنجهای کارگذاشته شده در بدنه سد دست یافتند - نورزایی و همکاران، . - 2006
در این تحقیق برای ایجاد رابطه غیر خطی در بین نتایج عددی حاصل از آنالیز غیر کوپل حرارتی و مکانیکی در برنامه المان محدود ABAQUS از روش شبکه عصبی استفاده شده است. در ادامه برای تعیین چگونگی و مقدار تأثیر ورودی ها بر خروجی مساله، ابتدا رابطه کلی میان خروجی و 5 ورودی مبتنی بر شبکه عصبی مصنوعی با ساختار پرسپترون چند لایه و الگوریتم پس انتشار خطا، به دست آمده است و آنالیز حساسیت بر اساس روش میلن انجام شده است.
-2 آنالیز عددی
-1-2 روش حل
در انجام آنالیز تنش های حرارتی در سد RCC ابتدا آنالیز تولید و اتلاف حرارت در میان سد انجام می گیرد. جهت شبیه سازی توالی ساخت از تکنیک مرگ و تولد - شکل - 1، استفاده می گردد و بعد یا بطور همزمان آنالیز سازهای سد از طریق تبدیل تغییرات درجه حرارت به نیروهای نقطهای معادل و اضافه کردن بار وزن به آن انجام می شود - نورزایی و همکاران، . - 2007
شکل -1 تکنیک مرگ و تولد المان ها مطابق با برنامه زمان بندی بتن ریزی: - a تولید مش، - b فعال سازی پی سنگی، - c پیدایش اولین لایه، - d پیدایش دیگر لایه ها قابل ذکر است که پروسه ساخت به صورت یک روند گام به گام مدل شده و هر گام بتنریزی لایه جدید را ارائه میدهد. به این دلیل که بارهای حرارتی بصورت پی در پی و پشت سر هم اعمال شده و بتنریزی در مدت زمان ساخت به صورت لایه به لایه می باشد، قاعده کلی سوپر پوزیشن در این مسئله بکار نمیرود که مسئله را به یک مسئله غیر خطی تبدیل میکند - نیسار و همکاران، . - 2006 در این تحقیق آنالیز غیر خطی و غیر کوپل حرارتی- مکانیکی - NISA - به کمک برنامه المان محدود ABAQUS انجام گرفته است.
-2-2 اعتبار سنجی
نتایج مدل عددی با ترموکوپل های قرار گرفته در بدنه سد بتن غلتکی کینتا که اولین سد بتن غلتکی در مالزی می باشد - مرجع شماره - 7 مقایسه می گردد. بیشترین ارتفاع سد 78متر بوده و طول تاج آن 700 متر می باشد. کل بدنه سد به 27 مرحله بتن ریزی تقسیم شده که در این تحقیق 10 مرحله آن مدل می گردد. بنابراین کل ارتفاع مدل شده 30 متر می باشد. خصوصیات مصالح برای RCC و پی در جدول 1 نشان داده شده است.
