بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به استفاده قابل ملاحظه از شمع هاي بتنی در پروژه هاي عمرانی، تخمین میزان نشست این نوع شمع ها در خاك هاي ضعیف نسبت به خاك هاي دیگر از اهمیت ویژه اي برخوردار است. در محاسبه میزان نشست شمعهاي بتنی درجاریز تحت بار محوري علاوه بر رفتار خاك اطراف شمع، طول و قطر شمع پارامترهاي مهمی هستند. به علت اختلاف نتایج تجربی و همچنین محدودیتهاي روشهاي تجربی در شرایط مختلف و عدم جامعیت آنها براي لحاظِ کلی پارامترهاي موثر در این پدیده، با استفاده از روش عدديِ اجزاي محدود به مقایسه پارامترهاي ذکر شده با روش ارائه شده توسط اُنیل و رِس و همچنین آیین نامهها و دستورالعملهاي معتبر از جمله اَشتو و کَلتِرنس پرداخته شده است.
بدین ترتیب شمعهایی با طول 10، 20، 30 و 40 متر و قطرهاي 0/80، 1/00، 1/20 و 1/50 متر در چهار نوع خاك چسبنده معمول و متفاوت، تحت پنج نوع بار قائمِمتعارف 1500، 3500، 5500، 7500 و 9500 کیلونیوتن، با استفاده از نرم افزار اجزاي محدودَِپلکسیس مُدل سازي شده است. در نهایت نتایج حاصل از 320 مُدل اجزاي محدود اثر مشخصات هندسی و بارگذاري در تخمین میزان نشست شمعهاي بتنی درجاریز قرار گرفته در خاكهاي چسبنده زهکشی نشده اشباع، مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به نتایج، اثر افزایش قطر شمع در کاهش نشست جدار بیشتر از کاهش نشست در نوك شمع میباشد. بنابراین افزایش قطر شمع، با سهم بیشتري که در کاهش نشستِ جدار شمع میگذارد، منجر به کاهش نشست کلی شمع میشود.
.1 مقدمه
با توجه به استفاده قابل ملاحظه از شمع هاي بتنی در پروژه هاي عمرانی، تخمین میزان نشست این نوع شمع ها در خاك هاي ضعیف نسبت به خاك هاي دیگر از اهمیت ویژه اي برخوردار است. در محاسبه میزان نشست شمعهاي بتنی درجاریز تحت بار محوري علاوه بر رفتار خاك اطراف شمع، طول و قطر شمع پارامترهاي مهمی هستند. محققین زیادي در سال هاي اخیر با استفاده از روش هاي گوناگونی به بررسی این موضوع پرداختند. در حالت کلی تحقیقات انجام شده در زمینه تحلیل نشستِ پی هاي عمیق را می توان به سه دسته کلی روش هاي تجربی، تحلیلی و عددي تقسیم بندي کرد.
آزمایشات تمام مقیاس در مراحل طراحی پی هاي عمیق به عنوان یکی از ارکان اصلی جهت اثبات عملکرد سیستم شمع و تصدیق پارامتر هاي طراحی به دست آمده از بررسی هاي محلی انجام می شوند ولی به دلیل هزینه هاي بسیار زیاد این گونه آزمایشات، استفاده از آن ها محدود می باشد. جهت استفاده از روشهاي تحلیلی میبایست با استفاده از ساده سازي، مسئله را به شکل روشهاي تحلیلی ارائه شده تبدیل کرد.
در میان روش تحلیلی ساده شده محققین بسیاري جابه جایی عمودي خاکی که به وسیله تنش برشی شمع ایجاد می شود را به عنوان رابطه لگاریتمی با فاصله شعاعی از جدار شمع در نظر می گیرند.[1] سید و رِس براي اولین بار در سال 1957 تغییر شکل خاك شمع را با استفاده از تابع انتقال-بار توصیف کردند[2] و پس از آن محققین دیگر به توسعه این توابع پرداختند.[3] به علت اختلاف نتایج و همچنین محدودیتهاي روشهاي تجربی و تحلیلی در شرایط مختلف و عدم جامعیت آنها براي لحاظِ کلی پارامترهاي موثر در این پدیده، استفاده از روش هاي عددي در سال هاي اخیر توسعه زیادي پیدا کرده است.
محققین زیادي با استفاده از روش هاي عدديِ اجزاي محدود به عنوان روشی سریع و با دقت اقدام به تحلیل پی هاي عمیق پرداختند.[4] اگرچه روش عدديِ اجزاي مرزي نتایج دقیق تري را ارائه می دهد اما با توجه به پیچیدگیِ نرم افزارهاي مورد نیاز کاربرد مهندسی زیادي ندارند.[5] در این مقاله سعی شده است با استفاده از روش عدديِ اجزاي محدود به مقایسه پارامتر هاي ذکر شده با روش ارایه شده توسط اُنیل و رِس در تخمین میزان نشست شمع هاي بتنی درجاریز تحت بار محوري در خاك هاي چسبنده اشباع و همچنین آیین نامه هاي اَشتو و کلترنس پرداخته شود.[6-8] بدین ترتیب با تعیین فرضیات و داده هاي ورودي اولیه با استفاده از تحلیل حساسیت اقدام به مدل سازي خواهد شد.
.2 تحلیل عددي
اهداف روشهاي عددي در مهندسی ژئوتکنیک متعدد است که از آن جمله میتوان به تحلیلهاي کیفی مانند مطالعات پارامتري ، تحلیل حساسیت و مطالعات اصول پایه و تحلیلهاي کمی مانند تحلیل طراحی و تحلیلهاي بازگشتی اشاره کرد.[9] در این تحقیق با استفاده از تحلیل حساسیت و به کمک نرم افزار اجزاي محدود دوبعدي پِلَکسیس1 نسخه 8/6 اقدام به مدل سازي خواهد شد. بدین ترتیب شمعهایی با طول 10، 20، 30 و40 متر و قطرهاي 0/8، 1/00، 1/2 و1/5 متر مطابق جدول 1 در چهار نوع خاكِ چسبنده معمول و متفاوت، تحت چهار بار قائمِ متعارف 1500، 3500، 5500، 7500 و 9500 کیلونیوتن وارده بر شمع مورد بررسی قرار خواهند گرفت. فرضیات و داده هاي ورودي اولیه در ادامه شرح داده خواهد شد.
1-2 مدل هندسی، بارگذاري و شرایط مرزي
از مُدل هندسی اجزاي محدود به صورت کرنش صفحهاي با اجزاء 15 گرهی استفاده خواهد شد. در حقیقت همهي مرزها باید یک شرایط مرزي در هر جهت داشته باشند. بدین منظور از شرایط مرزي استاندار نرم افزار پلکسیس، براي مرزهاي مُدل هندسی استفاده خواهد شد. پس یک پایداري کامل در اساس مُدل هندسی و درجات آزادي در جهت عمود - آزادUy= و - Ux=0 ایجاد میشود. همچنین مُدلها تحت 4 نوع بار متمرکز قائم متعارف 1500 - P - ، 3500، 5500 و 9500 کیلونیوتن وارده بر شمع، ساخته خواهند شد. همچنین به منظور اعمال اندر کنش بین خاك و شمع، از المانهاي جدایش با ضریب تجربی معین - Rinter=0.6 - ، استفاده خواهد شد.
2-2 مشخصات مصالح
قبل از این که شبکه یا مش بندي ایجاد شود، همهي مشخصات مصالح باید معین شوند و همهي گروهها و سازهها باید یک مشخصات مناسب براي خودشان داشته باشند. مُدل سازي با 4 نوع خاك چسبنده زهکشی نشده اشباع صورت خواهد پذیرفت. همچنین مصالح مورد استفاده در شمع از بتن ردهي C25 با مقاومت نمونهي استوانهاي استاندارد 28 روزه برابر با 240 کیلوگرم بر سانتی متر مربع استفاده خواهد شد. مشخصات مصالح خاك و شمع در جدول 2 نشان داده شده است.
3-2 مش بندي، شرایط اولیه و ایجاد تنش هاي موثر
به منظور افزایش دقت در محاسبات، با ایجاد یک دسته به وسیله خطوط هندسِی ثابتی در راستاي عمودي به طول 45 متر - H’=45m - و در راستاي افقی متناسب با قطر شمع به عرض D+6 متر - e’=3m => S’=2×3 + D m - در اطراف شمع، از مش بندي ریزتري استفاده خواهد شد - شکل . - 1 بدین ترتیب ابتدا با استفاده از سطح درشتِی ریز براي کل مُدل، پالایش کلی صورت میگیرد، سپس براي دسته ایجاد شده در اطراف شمع، فقط یک بار پالایش موضعی انجام خواهد پذیرفت. هنگامی کهُمدل هندسی به وجود آمد و شبکه اجزاي محدود ایجاد شد، حالت تنش اولیه و پیکربندي اولیه باید مشخص شوند.
با توجه به مسئله تحقیق، مدلها باید شرایط اشباع را داشته باشند. پس در مُدل سازي سطح آزاد آب طوري تعیین میشود که تمامی ابعاد مرزها را شامل شود - در بالاترین نقطه - . همچنین وزن واحد آب براي ایجاد تمایز میان فشارهاي موئر و فشارهاي منفذي، به طور قراردادي 10 کیلونیوتن بر متر مکعب وارد خواهد شد. گام بعدي ایجاد تنشهاي اولیه با استفاده از روش k0 میباشد. تنشهاي اولیه در یک توده خاك متاثر از وزن مصالح و مدت زمان تاریخ تشکیل آن میباشند.
