بخشی از مقاله
خلاصه
در این تحقیق به بررسی نشست شالوده های شمع کلاهک رینگی در خاک های رسی با استفاده از نرم افزار المان محدود Plaxis 3D پرداخته شده است. با انجام مدلسازی عددی نشست شالوده رینگی در خاک رسی در حالت بدون شمع و شمع کلاهک مورد ارزیابی قرار گرفته است. بعلاوه تاثیر پارامتر های مختلف نظیر قطر ، طول و فواصل شمع ها روی نشست گروه شمع مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می دهند که با کاهش فواصل بین شمع ها نشست شالوده کاهش می یابد.همچنین مشاهده شد که اثر افزایش طول شمع در خاک های رسی بیشتر از افزایش قطر شمع در کنترل نشست می باشد.
1. مقدمه
امروزه استفاده از شالوده های رینگی به علت مزایایی از قبیل اشغال فضای کم، بازدهی مناسب و اقتصادی شدن طرح رو به افزایش است. از شالوده های رینگی عمدتا در سازه های با تقارن محوری از قبیل سیلوها، مخازن نفت و برج های خنک کننده و مخابراتی استفاده می شود. بنابراین بررسی نشست این شالوده ها در طراحی حائز اهمیت می باشد. از آنجا که شالوده های رینگی جهت سازه های خاص استفاده می گردند ایجاد هر گونه خرابی و گسیختگی در شالوده و به تبع در سازه فوقانی از بعد انسانی و اقتصادی حائز اهمیت است.
در مورد نشست شالوده های رینگی تحقیقات محدودی انجام شده است. Fischer [1] اولین مطالعات را بر روی شالوده رینگی به منظور محاسبه نشست انجام داد. وی راه حلی برای محاسبه نشست صفحات رینگی انعطاف پذیر واقع بر نیم فضای الاستیک همگن انجام داد. نتایج نشان داد که با افزایش ri / ro مقدار نشست متوسط کاهش می یابد.
با استفاده از معادلات انتگرال به بررسی تغییر شکل و تنش در کف پی های رینگی پرداختند.Egorov [4] نشست و فشار تماسی در زیر یک پی رینگی صلب را با استفاده از معادلات انتگرال محاسبه نمود. راه حل او نشان داد که نشست صفحه رینگی با 0.6 ri / ro و صفحه دایره ای به یک اندازه می باشد. Ismael [5] آزمایش های بارگذاری روی صفحات رینگی و دایره ای با خاک ماسه متراکم سیمانته شده انجام داد. وی مشاهده کرد که نشست زیر صفحات انعطاف پذیر کمتر از صفحات صلب است. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش ri / ro از صفر تا 0.75 هر دو روش تحلیلی Fischer و اندازه گیری های میدانی کاهش در نشست متوسط را نشان می دهند. هر چند روابط تحلیلی مقادیر کمتری را نشان می دهند.
Al-Sanad & Ismael به منظور ساخت یک مرکز مخابراتی جدید در کویت آزمایش های روی صفحات دایره ای و رینگی در خاک ماسه آهکی بسیار متراکم انجام دادند. آن ها مشاهده کردند که با افزایش ابعاد صفحه، نشست افزایش می یابد.برای صفحات رینگی استفاده شده در این آزمایش با نسبت ri / ro =0.531 تفاوت چندانی در منحنی های فشار- نشست صفحات رینگی و دایره ای کامل دیده نمی شود.
Choobasti et al به ارزیابی عددی نشست و ظرفیت باربری شالوده رینگی در خاک رس پرداختند. نتایج نشان داد که با افزایش نسبت شعاع ضرایب Nq و Nc کاهش می یابند و N تا نسبت شعاع 0/6 کاهش می یابد و در مقادیر بزرگتر افزایش می یابد. همچنین محاسبات ظرفیت باربری نشان داد که نشست فاکتور مهم در تعیین ظرفیت باربری است.
Ohri et al تعدادی آزمایش روی مدل آزمایشگاهی در ماسه بادی انجام دادند و به این نتیجه رسیدند که برای نسبت قطر داخلی به خارجی برابر n= ri/ro=0.38 ظرفیت باربری واحد به مقدار حداکثر خود می رسد. Hataf &
Razavi برای بدست آوردن ظرفیت باربری پی های رینگی در خاک ماسه از ده مدل پی رینگی به ابعاد مختلف استفاده کردند.آن ها مشاهده کردند که مقدار نسبت ri/ro برای ماسه مقدار ثابتی نیست و در بازه 0/4-0/2 قرار دارد و در این بازه ظرفیت باربری پی به مقدار بیشینه خود می رسد. همچنین روابط نیمه تجربی برای محاسبه ظرفیت باربری شالوده های رینگی روی ماسه ارائه کردند.
در بسیاری از پروژه ها به دلیل وجود خاک رس ضعیف امکان نشست زیاد و خارج از محدوده مجاز آیین نامه وجود دارد. لذا استفاده از سیستم ترکیبی شمع کلاهک می تواند به عنوان عاملی جهت کنترل نشست مطرح باشد.هدف اصلی این تحقیق کاهش نشست شالوده رینگی به مقادیر مجاز آیین نامه ای و بررسی پارامترهای تاثیر گذار به روش مدلسازی سه بعدی توسط نرم افزار المان محدود Plaxis 3D می باشد.
.2 تعریف مساله
انتخاب پارامترهای خاک، هندسه شالوده رینگی و شرایط بارگذاری در این مقاله برمنبای پروژه برج رادیویی – تلویزیونی اجرا شده در شهر سامارا روسیه می باشد .این برج دارای سازه فلزی به ارتفاع 200 متر می باشد که بار ناشی از آن از طریق 8 ستون به شالوده وارده می گردد. قطر خارجی شالوده 24 متر می باشد و قطر داخلی آن 18 /4 متر می باشد. پارامترهای مکانیکی خاک منطقه مورد مطالعه از طریق مطالعات ژئوتکنیک صورت گرفته در سایت بدست آمده است. خاک منطقه از نوع رس شن دار می باشد که پارامترهای آن در جدول - 1 - به شرح زیر آمده است:
جدول: 1 پارامتر های خاک رس استفاده شده در این پژوهش[10]
در این پژوهش ابتدا شالوده رینگی در فضای سه بعدی نرم افزار المان محدود Plaxis 3D مدل شده است. نشست شالوده مورد نظر با مقادیر مجاز آیین نامه IS11233[11] مقایسه شده است. از آن جا که مقادیر نشست فراتر از حد مجاز آیین نامه می باشد اقدام به تعبیه شمع در زیر شالوده شده است. سپس اثر تغییرات طول، قطر و فواصل بین شمع ها در کاهش نشست بررسی و مورد بحت قرار گرفته است.
.3 مدلسازی عددی
مدلسازی شالوده رینگی و شالوده شمع کلاهک در این تحقیق به صورت 3 بعدی انجام شده است. در مدل حاضر قطر خارجی شالوده 24 متر و شعاع داخلی 18 /4 می باشد. با انجام آنالیز حساسیت روی شرایط مرزی ابعاد مدل 120×120× 80 متر انتخاب شده است. کف مدل در هر 2 جهت مقید می باشد و طرفین مدل فقط در راستای X مقید می باشد. هندسه مدل در شکل 1 مشاهده می گردد. معیار گسیختگی در این مدل، معیار موهرکلمب می باشد. پروفیل خاک تک لایه می باشد.
جدول 1 پارامترهای خاک رس استفاده شده در تحلیل عددی را نشان می دهد.مدلسازی شمع های بتنی درجا ریز توسط المان Pile صورت گرفته است. برای شبیه سازی بهتر تماس خاک و جداره شمع از المان های Interface elements در اطراف شمع ها استفاده شده است. در این پژوهش از شمع های بتنی درجاریز به قطر 1 , 0/8 و 1/25 متر و طول های 30 ,24 ,19 ,15 , 12 متر استفاده شده است. فواصل بین شمع ها نیز از 8/32 متر به 2/77 متر کاهش یافته است که مورد اول بیانگر 8 شمع و مورد دوم بیانگر 24 شمع در زیر شالوده می باشد. پارامترهای استفاده شده برای بتن شمع های درجاریز به شرح جدول - 2 - می باشد.
شکل: 1 هندسه مدل عددی
جدول:2 پارامتر های بتن استفاده شده در این پژوهش
.4 ارزیابی نتایج بدست آمده
با انجام مدلسازی های سه بعدی شالوده رینگی بدون شمع در شرایط Raft Unpiled نشست 226/34 میلی متر در خاک زیر شالوده مشاهده گردید.
با استناد به آیین نامه IS 11233 [11] ، آیین نامه طراحی و اجرای آنتن های رادار و تلویزیونی، نشست مجاز سازه مورد بحث در این پژوهش باید به مقدار 50 میلی متر محدود گردد. البته با تغییر نوع سازه این مقدار تا 16 میلی متر متغیر است .در ادامه به بحث در رابطه با نتایج شالوده شمع کلاهک Piled Raft پرداخته شده است.
در شکل 2 نتایج نشست شالوده شمع کلاهک در مقابل S برای طول های مختلف مشاهده می گردد. - S فواصل بین شمع ها می باشد - . همان طور که در شکل 2 دیده می شود در مقادیر ثابت قطر - - D با کاهش مقادیر S تا یک مرحله مشخص می توان نشست را کاهش داد و از آن به بعد با کاهش مقادیر S عملا نشست کاهش چندانی نخواهد داشت لذا باید جهت کاهش نشست طول شمع را زیاد کرد. همچنین مشاهده می گردد که در مقادیر ثابت D وS با افزایش طول شمع نشست شالوده کاهش می یابد.
