بخشی از مقاله
خلاصه
در دو دهه اخیر مطالعات زیادی بر روی ظرفیت باربری پی های مستقر بر خاک تسلیح شده صورت گرفته است. در مواردی که خاک ظرفیت باربری کمی دارد با استفاده از ژئوسنتتیکها،ظرفیت باربری آنها را می توان افزایش داد. اکثر مطالعات برای حالتی است که بار بر مرکز پی اعمال می شود اما برای مواردی که پی تحت بار خارج از مرکز می باشد،بررسی کمتری انجام شده است.
در این مقاله با مدلسازی عددی به وسیله نرم افزار المان محدود Plaxis 2D ،به بررسی پی نواری تحت بار قائم خارج از مرکز پرداخته شده است. هدف اصلی در این مقاله مطالعه میزان تاثیر تسلیح بستر با مسلح کننده های نظیر ژئوتکستایل برای بهبود اثرات خروج از مرکزیت بار اعمالی بر پی است
مجموعه ای از تجزیه و تحلیل های المان محدود برای مطالعه میزان تاثیر توزیع مسلح کننده ها - به عنوان مثال طول،عمق قرار گیری و تعداد لایه های ژئوتکستایل - بر روی ظرفیت باربری پی با ابعاد و عمق دفن متفاوت،انجام شده است. نتایج تحلیل ها نشان می دهد که با استفاده از تسلیح کننده ها با طول بیشتر و عمق قرارگیری کمتر،می توان اثرات کاهشی ظرفیت باربری به علت خروج از مرکزیت بار را کمتر کرد.
.1مقدمه:
یکی از راهکارهای نسبتا موثر وبا هزینه کم برای افزایش ظرفیت باربری شالوده سطحی بر روی خاکهای ضعیف ،استفاده از مسلح کننده ها جهت تقویت خاک زیر پی می باشدکه توانایی تحمل بارگذاری سطحی ناشی از شالوده را افزایش می دهد.
در طول دو دهه اخیر مطالعات زیادی بر روی ظرفیت باربری پی سطحی مسلح تحت بار قائم وارد بر مرکز صورت گرفته است.اما بر روی پی تحت بار قائم خارج از مرکز، مطالعات کمتری صورت گرفته است. Meyerhof - 1953 - یک رابطه نیمه تجربی برای بدست آوردن ظرفیت برشی پی نواری مستقر بر خاک غیر مسلح تحت بار خارج از مرکز را ارائه کرد که در آن از عرض معادل به جای عرض واقعی پی برای رابطه استفاده کرد.
همچنین Prakash & Saran - 1971 - یک فرمول کلی برای تخمین ظرفیت باربری پی نواری تحت بار خارج مرکز در شرایط غیر مسلح ارائه نمودند که در آن فاکتور های ظرفیت برشی را اصلاح کردند.در ادامه تحقیقات صورت گرفته، Purkayastha & Char - 1977 - با آنالیز پایداری یک پی نواری تحت بار خارج از مرکز بر روی ماسه غیر مسلح مطالعاتی را انجام دادند و روابطی را با فاکتور کاهش - - برای حالت خارج از مرکز برای پی نواری ارائه کردند.اما برای خاک مسلح، Takemura et al - 1992 - رابطه ای را برای پی تحت بار خارج مرکز مستقر بر ماسه ژئوگریدی ارائه کردند.
در این مقاله از رویکرد مدلسازی عددی جهت بررسی میزان تاثیر تسلیح بستر بر افزایش ظرفیت باربری شالوده سطحی تحت بارگذاری خارج از مرکز خواهیم پرداخت.این مدلسازی به وسیله نرم افزار دو بعدی Plaxis - v 8.6 - انجام خواهد شد.این نرم افزار المان محدود یک مدل رفتاری پیشرفته برای مدلسازی رفتار غیرخطی و وابسته به زمان خاکها را ارائه می کند.
هدف اصلی در این مقاله مطالعه میزان تاثیر تسلیح بستر با مسلح کننده های نظیر ژئوتکستایل برای بهبود اثرات خروج از مرکزیت بار اعمالی بر پی است.مجموعه ای از تجزیه و تحلیل های المان محدود برای مطالعه میزان تاثیر توزیع مسلح کننده ها - به عنوان مثال طول،عمق قرار گیری و تعداد لایه های ژئوتکستایل - بر روی ظرفیت باربری پی با ابعاد و عمق دفن متفاوت،انجام شده است.
.2مدل عددی:
خاک یک سیستم سه قسمتی است که از ذرات جامد وآب و هوا تشکیل شده است . در یک توده خاک ذرات جامد با فضای حفره ای بین آنها دارای توزیع اتفاقی می باشند و بررسی رفتار دقیق آن با استفاده از مطالعات آزمایشگاهی سخت و زمان بر می باشد. به همین دلیل در این تحقیق تصمیم بر این شده است که از مدلسازی عددی با نرم افزار المان محدود Plaxis 2D جهت بررسی ظرفیت باربری پی نواری تحت بارگذاری خارج از مرکز، استفاده شود.با این رویکرد می توان حالتها و شرایط گوناگون بارگذاری را مدلسازی کرد و همچنین شرایط مختلف از قبیل عرض پی ، مشخصات قرارگیری مسلح کننده ها را با سرعت و دقت مناسب مدلسازی کرد.
.1-2مدل خاک:
برای مدل کردن خاک از منوی مربوطه و از گزینه geometry line استفاده شده است. برای اینکه مدلسازی با دقت خوبی انجام شود ابعاد مدل خاک را به عرض 10 متر و به ارتفاع 5 متر در نظر گرفته شده است.وسپس از طریق منوی مربوطه مشخصات خاک به آن اعمال می شود. برای مدلسازی از المان های 15 گره ای استفاده شده است تا دقت محاسبات به نحو مطلوبی افزایش پیدا کند.از آنجایی که پی مورد بررسی از نوع نواری می باشد و همچنین میزان تغییرات تنش و کرنش در یک محور - - z بررسی می گردد ،لذا در مدلسازی از حالت کرنش مسطح1 استفاده شده است.همانطور که در شکل - - 1 مشاهده می کنید برای مناطقی که تمرکز تنش بیشتر است از مش بندی ریزتر استفاده شده است تا جواب های دقیقتر بدست آید.
شکل-1نمونه مش بندی نرم افزار
.2-2شرایط مرزی:
برای اعمال شرایط مرزی با فرض عدم وجود اصطحکاک بین مدل و محیط اطراف - با توجه به اینکه ابعاد خاک مدلسازی بزرگ در نظر گرفته شده است، این فرض می تواند درست باشد - ، از شرایط مرزی استاندارد موجود در نرم افزار استفاده شده است.
.3-2مدل رفتاری خاک:
رفتار غیر خطی خاک ماسه ای با استفاده از مدل رفتاری موهر - کلومب مدلسازی می شود. مدل رفتاری موهر - کلومب از مدل های پیشرفته رفتاری می باشد که برای خاک های ماسه نتایج قابل قبولی را ارئه می کند.این مدل رفتاری یک مدل تنش -کرنش،الاستیک کامل - پلاستیک می باشد در نتیجه می تواند رفتار خاک را تحت تنش وارده ،به خوبی مدلسازی کند. البته این مدل نقاط ضعفی هم دارد از جمله اینکه در شرایط وجود تنش جاتبی نتایج مناسبی نمی هد، که در این تحقیق با توجه به نبود تنش جانبی چشمگیری، می توان با دقت مناسب از این مدل رفتاری استفاده نمود.
.4-2مدل مسلح کننده ها:
لایه های مسلح کننده ژئوتکستایل، با استفاده از المان ژئوگرید در PLAXIS مدل سازی شده است. این المان فقط دارای سختی محوری است که مقدار سختی محوری آن - 1 × 107 - ⁄ در نظر گرفته شده است.همچنین در تمامی آنالیز ها فاصله بین لایه های مسلح کننده نیم متر می باشد.
.5-2مدل پی:
شرایط مدل کردن پی در دو حالت پی با عمق دفن و بدون عمق دفن ،متفاوت می باشد که در زیر به بررسی هر دو مورد پرداخته خواهد شد. الف - پی غیر مدفون:
در این حالت صفحه بارگذاری در مدل عددی با المان تیر - - مدل شده و سختی محوری - - EA و سختی خمشی - - این المان، با توجه به مشخصات پی در مدل آزمایشگاهی انتخاب شده است. بعد از آن نرم افزار به صورت اتوماتیک ضخامت پی را بدست می آورد.مدل رفتاری مصالح صفحه بارگذاری با توجه به سطح پائین تنش، الاستیک در نظر گرفته شده است.
ب - پی مدفون:
اگر بخواهیم پی با عمق دفن غیر صفر را با المان تیر - - مدلسازی شود ، با توجه به اینکه ضخامت پلیت فولادی بسیار کمتر از عمق دفن پی می باشد در نتیجه در اثر اعمال بار بر پی مدل ،دیواره های بالایی اطراف پی دچار ریزش می شوند و نتایج مدلسازی با خطای زیاد مواجه می شود.از اینرو برای این حالت از کلاسر1 الاستیک معادل استفاده می شود. و در آن ارتفاع کلاسر به اندازه عمق دفن پی ، می باشد. ولیکن مشخصات سختی محوری و سختی خمشی با توجه به مشخصات پلیت حالت اول ، معادلسازی می شود.
همچنین با معادلسازی وزن مخصوص کلاسر و پلیت ،وزن کلاسر الاستیک به اندازه وزن پلیت فولادی خواهد بود تا تاثیری در تغییرات تنش اولیه نداشته باشد.در شکل - 2 - می توان نمونه یک مورد از مدلسازی پی مدفون با عمق دفن 1 متر ،را مشاهده کرد.
برای مدل کردن اندرکنش خاک و پی، از المان واسطه - Interface - در محل تماس خاک و پی استفاده شده و مقدار ضریب کاهش سختی المان با توجه به مشخصات مصالح وکالیبراسیون صورت گرفته، 0.9 انتخاب گردیده است.
.3 پارامترها مورد برررسی:
الف - عرض پی : یکی از پارامترهایی که با تغییر آن میزان تاثیرش بر روی ظرفیت باربری پی بررسی می شود، عرض پی می باشد.عرض پی برای دو حالت ،2 و3 متری مورد بررسی قرار می گیرد.
ب - عمق دفن پی - : - از پارامترهایی که با تغییر آن میزان تاثیرش بر روی ظرفیت باربری پی بررسی می شود، عمق دفن پی می باشد که برای دوحالت عمق دفن صفر و 1 متری بررسی خواهد شد.
