بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تحلیل شمع هاي تکی و گروه شمع تحت بار جانبی
خلاصه
علاوه بر تحمل نیروي محوري، شمع قادر به مقاومت در برابر بار جانبی نیز میباشـد. شـمع هـاي داراي بارگـذاري جـانبی در بعـضی از سـازههـاي ساحلی و نیز پل ها وجود دارند. تحت بار جانبی شمع دچار تغییر شکل جانبی شده و این امر سبب اعمال نیروهـاي فـشاري از طـرف خـاك احاطـه کننده به شمع خواهد شد. در این مقاله ابتدا با استفاده از روش دستی حداکثر ظرفیت باربري شمع منفرد و گروه شمع بدست آمده و سپس با استفاده از روش اجزاء محدود و تیر بر بستر ارتجاعی شمعهاي تحت بارگذاري جانبی و درجا در خاكهاي رسی مورد تحلیل قرار گرفت. براي مدلـسازي شمع به صورت دو بعدي از نرم افزار اجزا محدود PLAXIS نسخه 8,2 و در حالت سه بعـدي از نـرم افـزار PLAXIS 3D Foundation و از نرم افزار تیر بر بستر ارتجاعی ALLPILE استفاده شدهاست. براي مدلسازي خاك مدل موهر- کلمب به کار رفتهاست. در مدل بـار اسـتاتیکی بـر سر شمع اعمال شدهاست و نتایج حاصله براي نیروي برشی و لنگر خمشی در طول شمع بدست آمـدهاسـت. در نهایـت نتـایج حاصـله از روشهـاي مختلف براي شمعهاي منفرد و گروه شمع مقایسه گردید.
کلمات کلیدي : شمع، بار جانبی، رفتار الاستو- پلاستیک، روش اجزاء محدود، روش تیر بر بستر ارتجاعی.
1. مقدمه
شمعها اغلب اوقات علاوه بر بار قائم تحت اثر نیروهاي جانبی و لنگر خمشی قرار دارند. براي مثال در سازه اسکله ها و در جائی که نیروي حاصل از پهلوگیري و ضربه کشتی به شمعهاي نگهدارنده آن وارد میشود. در سازههاي فرا ساحل که تحت اثر نیروي امواج و جریانهاي دریایی قرار دارند، در سازههاي حائل که توسط شمعها نگهداري میشوند، در سازههاي بلند که نیروي باد به آنها وارد میشود و سازههاي مستقر بر شمعها در مناطق زلزله خیز نیز نیروي جانبی می تواند تعیین کننده طراحی باشد.
چنانچه نسبت نیروهاي جانبی به نیروهاي قائم اعمال شده به شمع کوچک باشد از نیروي جانبی صرف نظر میشود در غیر این صورت تحلیل شمع تحت اثر بار جانبی الزامی بوده و بایستی با روشهاي مناسب اثر بار جانبی بر رفتار شمع تحلیل شود .[1]
شمعهاي تحت بار جانبی در حالت کلی سازههاي نامعینی هستند که حل تحلیلی امکان پذیر نیست و یا باید از روشهاي تقریبی که با ساده سازيهایی همراه هست استفاده کرد یا از روشهاي عددي براي حل استفاده کرد. هر چه مدل اندر کنش شمع و خاك پیچیده تر باشد نیاز به استفاده از روشهاي عددي پیچیده تري میباشد.[1] در این مقاله درصددیم تا به بررسی روشهاي تحلیل دستی و کامپیوتري شمع اي منفرد (تکی) و گروه شمعها در مقابل بار جانبی بپردازیم و بطور نمونه مواردي از تحلیلها را انجام داده و روشهاي تحلیلی (تحلیل دستی) و شبیه سازيهاي عددي را با هم مقایسه میکنیم.
2. متغیرهاي مورد استفاده در مدل براي تک شمع
براي مدلسازي شمع منفرد بلند را در نظر می گیریم. از اطلاعات نشان داده شده در جدول 1 استفاده گردید و شمعی بتنی درجا با طول 6 متر و به قطر 1متر فرض شد.
3. تحلیل به روش عددي براي تک شمع
- 1 .3 روش هنسن
براي تحلیل به روش دستی ابتدا باید نوع شمع از لحاظ کوتاهی یا بلندي بررسی شود. براي شرایط کاربرد سریع با استفاده از مقاومت برشی زهکشی نشده از برايCu= 120kNm -2 مدول خاك K1 برابر Mnm-325 میباشد.[1-5]
از آنجا که L برابر 6 متر فقط کمی از2R بزرگتر است شمع به عنوان یک واحد صلب کوتاه عمل میکند. ضرایب هنسن با استفاده از اشکال موجود در مرجع [5] در جدول 2 آمده است. به عنوان یک آزمون نقطه چرخش x در 4,5 متري زیر سطح زمین فرض می گردد.[5-1]
حال براي بدست آوردن ظرفیت شمع حول نقطه
لنگر می گیریم. در نتیجه لنگر خمشی وارده به سر شمع با توجه به نیروي بدست آمده از روش هنسن برابر خواهد بود با و تغییر شکل در سر شمع از فرمول مقابل براي بار نهایی 0/07 متر در می آید
روش برومز
براي بارگذاري کوتاه مدت در خاكهاي یکنواخت چسبنده ( =0) روش برومز هم سریع و هم مناسب است. Hu را می توان با استفاده از منحنی هاي برومز موجود در مرجع [5] بدست آورد که عبارتند از:
نتایج بدست آمده از مدلسازي با نرم افزار PLAXIS 2D براي تک شمع
برنامه اجزا محدود PLAXIS 2D براي مدلسازي تک شمع استفاده شده است. خاك با یک لایه رس یکنواخت و در حالت زهکشی نشده فرض شده است. هدف عمده در آنالیز دو بعدي بدست آوردن حداکثر ظرفیت شمع میباشد. براي مدلسازي شمع منفرد از اجزا صفحه که از اجزا تیر با دو درجه آزادي انتقالی و یک درجه آزادي چرخشی تشکیل شده است.[6-2] اطلاعات مورد استفاده در مدل در جدول 1 آمده است. مدلسازي شمع در شکل 1 آمده است. براي شمع با قطر یک متر EA=2041000 kN/m و EI=1276600 kNm2/m فرض گردید و خاك با مدل موهر- کولمب و شـمع بـا مدل الاستیک مدلسازي گردید که نتایج حاصل در خصوص نیروي قابل تحمل و تغییر شکل و لنگر خمشی در اشکال2 الی 4 آمده است.
٥. نتایج بدست آمده از مدلسازی با نرم افزارD Foundation٣ PLAXIS برای تک شمع
برنامه اجزا محدود PLAXIS 3D براي مدلسازي تک شمع استفاده شده است. در این حالت همانند دو بعدي از مدل موهر- کولمب براي خاك استفاده شد و از مدل الاستیک خطی براي محیط داخل شمع نیز استفاده شد.[3] در شکل 5 مش بندي مدل انجام شده نشان داده شده است.
در نهایت از نتایج حاصل شده منحنی نیرو - تغییر مکان در نمودار 2 رسم شد و حداکثر ظرفیت باربري1625کیلو نیوتن بدست آمد.
نتایج بدست آمده از مدلسازي با نرم افزار ALLPILE براي تک شمع
براي مدلسازي ورژن 6,5 نرم افزار ALLPILE استفاده شده است. دو پارامتر مهم در این نرم افزار مدول واکنش بستر k و کرنش خاك E50 براي تحلیل شمع تحت بار جانبی میباشد. مدول واکنش بستر در معادله آنالیز ES=k.x در com624s (مبتنی بر تئوري تیر بر بستر ارتجاعی) استفاده میشود، که ES مدول سکانت در منحنی p-y و x عمق در زیر سطح زمین میباشد. مقدار k افزایش Es در عمق را نشان می دهد. باید توجه داشت که مقدار k مساوي ضریب واکنش بستر قائم براي محاسبه نشست الاستیک پی هاي سطحی نمیباشد. مقدار k متفاوت از ضریب واکنش جانبی بستر در تحلیل الاستیک شمعها تحت بار جانبی میباشد. علاوه بر آن، پارامتر کرنش خاك E50 تنها براي خاکهاي رسی قابل کاربرد است و توسط تست هاي آزمایشگاهی یا روابط بین پارامترها بدست می آید. مقدار ورودي E50 نماینده کرنش
