بخشی از مقاله
چکیده
سدها جزء سازه های بسیار مهم هستند که شکست آنها می تواند خسارات غیر قابل جبرانی را به زندگی مردم و محیط زیست وارد نماید. بررسی عدم قطعیت این سازه ها از اهمیت زیادی برخوردار است.شبیه ساز مونت کارلو یک روش احتمالاتی در بررسی عدم قطعیت می باشد اما در این مقاله از شبیه ساز مونت کارلو با250000 تکرار به عنوان یک روش بهینه ساز استفاده شده است .با استفاده از مدل سد Pine Flat در نرم افزار CADAM و با کمک روش مونت کارلو اثر عدم قطعیت هشت پارامتر ورودی با ده درصد عدم قطعیت در محاسبه پایداری سد بررسی شد.نتایج نشان دادند ده درصد عدم قطعیت در پارامترهای ورودی می تواند تا 128,03 درصد عدم قطعیت در حداکثر تنش کششی حاصل کند، همچنین نتایج حاکی از حساسیت بالای پارامترهای خروجی نسبت به ارتفاع آب در وجه بالا دست سد بود.
مقدمه
فایربایرن و همکاران [4] با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو احتمال گسترش ترک در یک سد بتنی وزنی را محاسبه نمودند. در تحقیق آنها نتایج بدست آمده از شبیه سازی مونت کارلو با نتایج آزمایش بر روی یک مدل آزمایشگاهی مقایسه شد که این قیاس حاکی از تطبیق خوب نتایج شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی بود. کتاپسجل [5] با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو، قابلیت اطمینان سد سیندر ترکیه را بررسی کرده است. در تحقیق وی شبیه سازی برای حالت های مختلف بارگذاری انجام گرفته و نتایج آنها با هم مقایسه شده است. کستوف و همکاران [6] با استفاده از برنامه اجزا محدود به نام NISA که قابلیت شبیه سازی مونت کارلو را داشت،
با توجه به بارگذاری های مختلف، قابلیت اطمینان سدی را بررسی نمودند. نتایج این شبیه سازی به صورت نمودارهای تابع توزیع تجمعی نشان داده شدند. یانماز و بیزیر [7] تحلیل قابلیت اطمینان سد پورشوک واقع در کشور ترکیه را با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو انجام دادند. آنها در تحقیق خود هفت پارامتر را بعنوان متغیر تعریف نموده و نتایج را به صورت جدولی که احتمال شکست را براساس ضرایب ایمنی سد نشان می داد، ارائه نمودند. روحانی نژاد و ضرغامی [8] روش جدیدی که ترکیبی از شبیه سازی مونت کارلو و روش اجزا محدود بود را ارائه کردند.
آنها در تحقیق خود رفتار سد را بررسی کرده و نتایج شبیه سازی را نیز به صورت نمودار تابع توزیع تجمعی نشان دادند. آلتاراجوس و همکاران [9] با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو قابلیت اطمینان سد بتنی وزنی در برابر لغزش را بررسی کردند. آنها در تحقیق خود ده پارامتر متغیر در نظر گرفتند و نتایج را به صورت نمودار احتمال شکست سد در برابر لغزش، برای هر متغییر نشان دادند. سو و همکاران [10] با بارگذاری تصادفی و استفاده از روش شبه تحریک، تابعی را برای قابلیت اطمینان سد بتنی وزنی بدست آوردند. در تحقیق آنها احتمال اینکه جا به جایی تاج سد با توجه به بار گذاری تصادفی از حد مجاز فراتر رود، با نمودارهای مربوطه نشان داده شده است.
عدم قطعیت در سدهای بتنی
عدم قطعیت به بیان ساده پیامد رویدادی است که خارج از کنترل بوده و یا به طور دقیق قابل پیش بینی و محاسبه نباشد. در طراحی سامانه های آبی، تصمیمات گرفته شده باید با در نظر گرفتن انواع عدم قطعیت انجام گیرد. به طور کلی عدم قطعیت در پروژه های مهندسی منابع آب را می توان به چهار دسته عدم قطعیت های هیدرولوژیکی، هیدرولیکی، سازه ای و اقتصادی تقسیمبندی نمود. مهمترین عدم قطعیت های هیدرولوژیکی در تحلیل سد بتنی ارتفاع سطح آب و رسوب پشت سد می باشد و عدم قطعیتهای مهم سازه ای در سد های بتنی شتاب نیروی زلزله میباشد.
تحلیل عدم قطعیت با روش مونت کارلو
برای بررسی عدم قطعیت وتحلیل حساسیت پارامترهای مختلف یک مدل معمولا بازه های مشخصی برای متغیرهای ورودی تعریف کرده و سپس به کمک یک روش بهینه ساز حساسیت خروجی های مدل نسبت به متغیر های مختلف ورودی سنجیده می شود. روش مونت کارلو یک روش احتمالاتی بوده و عموما جواب های بهینه ان نسبی هستند و همراه با درصدی خطا می باشد ولی چناچه تکرارهای عملیات را زیاد کرده و پارامترهای مورد بررسی نسبتاَ کم باشند جواب های بهینه مونت کارلو قابل اعتماد خواهند بود.
در این تحقیق از روش مونت کارلو موجود در CADAM با 250000 تکرار و چهار متغیر ورودی استفاده شده است. و هر بار برنامه برای کسب مقدار مورد نظر یک خروجی اجرا شده است. با توجه به اینکه افزایش تنش هادر بدنه سد رابطه مستقیم با افزایش شتاب زلزله و ارتفاع آب وجه بالا دست سد دارد، به جهت اطمینان از نتایج کسب شده، شتاب افقی زلزله و ارتفاع آب وجه بالا دست سد یا بیشترین مقادیر ممکن مربوط به بازه عدم قطعیت ده درصد بر مدل اعمال گردیدند و مقادیر حداکثر تنش های کششی و فشاری حاصله با مقادیر بیشینه آنها حاصل از شبیه سازی مونت کارلو، زمانی که پارامترهای ورودی آن شتاب زلزله وسطح آب باشند، مقایسه گردیدند.
روش وزنی در تحلیل سد بتنی
تعادل بدنه صلب جهت تعیین نیروهای داخلی وارده بر صفحه مستعد گسیختگی - درزها و مرز تماسی بتن-سنگ پی - و همچنین تئوری تیر جهت محاسبه تنشها، بنیان "روش وزنی" را تشکیل میدهند. استفاده از روش وزنی با توجه به رفتار سازهای سد و اعمال بارها نیازمند فرضیات ساده کنندهای میباشد که در زیر به آنها اشاره شده است:
✓ بدنه سد به درزه هایی با خصوصیات همسان در ارتفاع سد تقسیم میشود. بتن و درزه ها به طور یکنواختی الاستیک هستند.
✓ تمامی بارهای اعمالی توسط رفتار کنسولی سد بدون اندرکنش با مونولیتهای مجاور به پی منتقل میشوند.
✓ هیچ اندرکنشی بین درزه ها وجود ندارد. یعنی هر درزه به طور مستقل آنالیز میشود.
✓ تنشهای نرمال به طور خطی بر صفحات افقی توزیع میشوند.
✓ تنشهای برشی بر صفحه افقی ناحیه ترکنخورده از توزیع سهموی پیروی میکنند.
روش لرزهای شبه استاتیکی
برنامه CADAM قابلیت تحلیل شبه دینامیکی، استاتیکی و شبه استاتیکی را دارد که دراین تحقیق از روش شبه استاتیکی استفاده شده است. در یک آنالیز لرزهای شبه استاتیکی، نیروهای اینرسی ناشی از زلزله از ضرب جرم سازه در شتاب زمین لرزه حاصل میشوند. همچنین از بزرگنمایی دینامیکی نیروهای اینرسی در ارتفاع سد، که ناشی از انعطافپذیری آن میباشد، صرف نظر میشود.
مدلسازی سد pine Flat در نرم افزار CADAM
این سد بر روی رودخانه Kings در آمریکا سال 1954 با اهداف اصلی کنترل سیلاب و تامین آب کشاورزی ساخته شده است و همچنین دریاچه ی ایجاد شده در پشت این سد امکانات تفریحی فراوانی را برای بازدید کنندگان فراهم کرده است.[20] طول تاج این سد 560 متر است. این سد از 37 بلوک با پهنای 15/2 متر تشکیل شده است. برای آنالیز این سد از بلندترین بلوک آن با ارتفاع 122 متر استفاده شده است. مقطع این بلوک در شکل - - 1 نمایش داده شده است. همچنین خواص مصالح موجود در پی و بدنه سد در جداول - 1 - و - 2 - ارائه گردیده اند :
