مقاله تحلیل پایداری لرزه ای دیوار حائل وزنی و بررسی تاثیر سربار بر روی آن

بخشی از مقاله

چکیده:

در این روش دیوار حائل و خاک پشت آن بصورت یک سیستم کلی در نظر گرفته شده و به تحلیل پایداری دیوار حائل وزنی با استفاده از تئوری کران بالا در تحلیل حدی پرداخته است، همچنین نشان داده شده است که سختی دیوار بر روی شتاب تسلیم اثر قابل توجه ای دارد و همچنین با معادلهی مونونوبه-اکابه این روش ارائه شده سازگار میباشد. در طی 20 سال گذشته همگی روشهای طراحی بر گرفته شده از تئوری مونونوبه-اکابه میباشد، با این حال تئوری مونونوبه-اکابه یک کمبود ا سا سی دارد که آن در نظر نگرفتن دیوار در معادلات تعادل حدی گوهی خاک ا ست. به این منظور یک راه حل جدید بر اساس تعادل شبه استاتیکی سیستم خاک-دیوار ارائه شده است. در این راه حل اثر حضور دیوار و سربار در نظر گرفته شده است، تاثیر شدت سربار و فاصلهی آن از دیوار مورد بررسی قرار گرفته و با نتایج موردهای بررسی سیستم خاک-دیوار بدون سربار مقایسه شده است.

.1 مقدمه:

دیوارهای وزنی مدتاًع به عنوان سیستم نگه دارندهی خاکریزهای مجاور جاده ها و مناطق مسکونی و همچنین در مناطق مستعد زمین لرزه بکار میرود. تا کنون رویکردهای تئوری به عنوان روشی برای تحلیل پایداری لرزه ای سازه های نگهدارنده خاک بکار رفته است که معمولاً نیازمند برآورد فشار زلزله پشت دیوار و بیان پایداری خاک سازه با ضریب اطمینان میباشد و اثر زلزله به صورت شبه استاتیکی توسط اعمال نیروی استاتیکی تقریبی در جهت افقی در نظر گرفته شده است. اخیراً تعمیم یافته روش مونونوبه-اکابه برای محاسبه فشار لرزه ای اکتیو زمین با در نظر گرفتن تاثیرات موضعی کرنش خاک در خاکریز پیشنهاد شده است. خاک نگهداری شده به عنوان ماده کاملاً پلاستیک در نظر گرفته شده که در طول یک سطح دو بعدی توسط اعمال نیروی فشاری محدود گسیخته میشود. اما روش مونونوبه-اکابه یک کمبود اساسی دارد که در راه حل مبتنی بر تعادل حدی گوهی خاک، حضور دیوار را در نظر نمیگیرد. روش اجزاء محدود مطمئناً یک رویکرد جامع برای آنالیز عملکرد سازه های خاکی که در معرض بارهای لرزه ای قرار گرفته اند میباشد. مطمئناً روش اجزاء محدود مزیتهای زیادی برای در نظر گرفتن مکانیزم طبیعی گسیختگی و اثر متقابل سیستم
سازهدیوار- دارد. اما معمولاً در مواردی که نیازمند هزینه های بالا و اندازه گیری های دقیق خواص اجزای مواد است - که اغلب سخت به دست می آیند - ، به کار میرود. همان طور که میدانیم طراحی بر اساس روش شبه استاتیکی به طور کلی محافظه کارانه بوده و حتی وقتی که ضریب اطمینان به زیر یک میرسد، ساختار خاک به جای گسیختگی کامل میتواند فقط تغییر مکانی محدودی را تجربه کند. در طی چندین دههی گذشته، روشهای تحلیلی برای تخمین تغییر مکان دیوارهای حائل تحت بارگذاری زلزله برای کاربردهای ویژه، توسعه داده شده است. برای حل مسائل حدی، آنالیز حدی روشی اصولی به حساب میآید. در اینجا روش کران بالا از آنالیز محدود برای محاسبه ی شتاب تسلیم دیوارهای حائل وزنی تحت گسیختگی لغزشی مستقیم به کار برده شده و دیوار حائل و خاک پشت آن بصورت یک سیستم کلی در نظر گرفته شده است.

Motta یک راه حل کلی جامع برای موقعی که سربار بصورت یکنواخت بر روی خاکریز در یک فاصله مشخص از بالای دیوار وارد شده باشد، در نظر گرفته است. [8] در این راه حل اثرات لرزه ای بصورت شبه دینامیکی تاثیر داده شده بودند. با معرفی ضرایب لرزه ای در این مقاله، یک رویکرد اصلاح شده تعادل حدی توضیح داده شده است. این رویکرد همانطور که برای دیوار های بدون سربار استفاده می شود، برای ارزیابی استحکام لرزه ای دیوار های حائل وزنی با سربار وارد بر خاکریز نیز مورد استفاده قرار میگیرد. فرق اصلی بین راه حل های ارائه شده در اینجا و راه حل های سنتی این است که راه حل های اولیه نیروهای برشی و قائم بوجود آمده در پایه ی دیوار را به حساب میآوردند، در صورتی که روشهای بعدی از آن صرفنظر کردند.

.2 مدل تئوری:

آنالیز شرایط تعادل حدی لرزه ای دیوار های حا ئل دارای خاکریز همراه با سربار بر پایهی فرضیات زیر می باشد:

·    سیستم خاک-دیوار با اندازهی کافی بلند باشد تا بتوان از اثر انتهای آن صرفنظر کرد. - شرایط کرنش مسطح -

·    خاک همگن، خشک و غیر چسبنده باشد.

·    گوهی گسیختگی یک صفحه باشد.

·    سیستم خاک-دیوار فقط تحت جابجایی افقی باشد.

·    سربار با یک فاصله مشخص از بالای خاک و بصورت یکنواخت وارد شود.

·    اثر لرزه در هر لحظه، در تمامی تودهی سیستم ثابت بوده و بصورت افقی وارد شود.

حالات گسیختگی محتمل به صورت مکانیزم لغزش مستقیم در نظر گرفته شده است. سیستم خاک-دیوار که در آنالیز مورد توجه قرار گرفته است، بصورت شماتیک در شکل نشان - 1 - داده شده است، به صورت ایده آل فرض شده است که دیوار مستقیماً روی سطح زمین قرار دارد اما در واقعیت دیوارهای حائل عظیم همیشه دارای بخشی به صورت مدفون شده هستند.

×شکل -1 سیستم خاک-دیوار

برای این سیستم وضعیت تعادل دینامیکی بصورت زیر است:

- 1 -     +  +  =0                
که و و به ترتیب نیروی اینرسی وارده بر سیستم، نیروی جانبی وارد بر دیوار و تنشهای برشی وارد بر پایهی دیوار است. در طول زمین لرزه سیستم خاک-دیوار یا با زمین با هم حرکت می کنند و یا نسبت به زمین با هم حرکت می کنند. این دو وضعیت به نام حرکت مطلق و حرکت نسبی مورد استفاده قرار می گیرد. به همین ترتیب، تغییر سیستم از حالت قبلی به حالت بعدی به مقدار شتاب افقی زمین لرزه بستگی دارد . - ℎ= .g - در لحظه گسیختگی، تعادل بین نیرو های مقاوم و محرک بصورت زیر داده شده است: که   مقاومت در پایه ی دیوار است و µ ضریب اطکاک پایه ی دیوار است.