بخشی از مقاله
چکیده:
در پژوهش حاضر هدف بررسی رفتار سد بتنی وزنی ترکخورده تحت اثر زلزله به کمک روش اجزاء محدود میباشد. بدین منظور سد کوینا مدل شده و تحلیل دینامیکی غیرخطی تحت اثر پنج زلزله مختلف با PGAنسبتاً یکسان در حدود 0/5g و محتوای فرکانسی متفاوت انجام شده و برای مدل کردن اندرکنش دینامیکی سد و دریاچه از روش جرمافزوده و برای مدل غیرخطی بتن از معیارگسیختگی دراکر-پراگر استفاده شده است.
با انجام تحلیلهای دینامیکی بر روی سد ترکخورده کوینا مقادیر تغییرمکانهای افقی و قائم تاج سد و تنشکششی اصلی وکرنشهای پلاستیک انتهای ترک بدست آمده و نشانمیدهدکه ترکخوردگی کششی بتن عامل غیرخطی مهمی در رفتار سدها است وکاهش مقدار فرکانس پاسخ دینامیکی سد در حالت غیرخطی پس از ترکخوردگی، نشان میدهدکه در نتیجه خمیریشدن تعدادی از المانها، سختی سد کاهش و تنشها در آن افزایش مییابد.
مقدمه :
اصولاً احداث سدهای بتنی و متعاقب آن مسائل پایداری و ایمنی این نوع سدها از موضوعات مهمی است که از جنبههای فنی، اقتصادی، سیاسی و زیست محیطی قابل بررسی و مطالعه است. به همیندلیل امروزه با دقتنظر و حساسیت بیشتری با مسائل سدسازی برخورد میشود. عموماً سدهای بتنی به صورت سیستم بلوکهای بتنی غیرمسلح و یکپارچهکه بهوسیله درزهای اجرایی از یکدیگر جداشدهاند، احداث میشوند. بهدلیل مقاومتکششی ضعیف بتن اغلب از همان ابتدا سدهای بتنی با مساله ترکخوردگی مواجه هستند باید توجهداشت که ترکهای ریز سطحی که عمدتاً ناشیاز هیدراتاسیون بتن تازه درکوتاهمدت و خزش و انقباض بتن در درازمدت هستند، نمیتوانند خطرجدی برای ایمنی سازه قلمداد شوند.
ترکهایی که در عمق بدنه سد نفوذ میکنند اثرات قابل توجهی درکاهش سختی و توان باربری سد دارند. از عوامل مهم بوجود آمدن و رشد اینگونه از ترکها وجود تنشهایکششی ممتد در فصلمشترک بلوکهای یکپارچه است. این تنشهای کششی میتواند ناشی از شکل بهینه نشده سد، روشهای ساخت، زیاد شدن طول پیشامدگی درهنگام ساخت سد، فشار های هیدرو استاتیک، نشستهای ناهمسان درپی و زمین-لرزه باشد. از دیگر موارد بروز تنشهای کششی می توان از اختلاف درجه حرارت بین وجوه بالادست و پاییندست سد و تغییر وضعیت مصالح به جهت واکنشهای شیمیایی سنگدانه های آلکالی نامبرد در یک مدل کامل میبایست به وضعیت و جهت درزه در پی نیز توجه نمود.
از یک طراح سد انتظار میرود که در هنگام ساخت سد و همچنین زمان بهره برداری از سد به این نکته توجه داشتهباشد که تنشهای کششیازحد متعارف تجاوز ننمایند و هیچ گونه ترک سازهای مهمی درسد ایجادنگردد. البتهرعایت موارد فوق در هنگام زلزله های شدید بسیار مشکل و غیراقتصادی است.
نوع دیگر از ترکهای احتمالی در سدهای بتنی، در محلاتصال بدنهو پی بوجود میآید و از آنجاییکه نیروهای هیدرواستاتیکی درمحل تکیهگاههای سد ایجاد فشار میکنندو نیروهای فشاری معمولاً با خروج از مرکزیت همراه هستند لذا لنگرهای قابل ملاحظه-ای به سنگ تکیهگاه وارد میشود ونهایتاً باعث ایجاد تنشهایکششی قابل توجهی در محل-اتصال بدنهو پی میشود. بطوریکه اگرسختی قوس در ترازهای فوقانی به قدرکافی بزرگ نباشد، عملکردکنسول ممکناست موجب بروز کشش بیش از حد مجاز در پیگردد.
برای سدهایی که شکل آنها بهینه نشده باشد، تنششهایکششی بوجودآمده از مقاومتکششی بتن بیشتر میشود وضمن ایجادترک درمحل تماس بدنه سد و شالوده سنگی نواحی ضعیف شدهای در این محلها بوجود میآیدکه از نقطه نظر طراحی مطلوب نبوده و ممکن است از نظر پایداری برای سد مساله ساز باشد. محتملترین نقاط ایجاد چنین ترکهایی در بخشهای تحتانی سطح بالادست سد، تحتاثر بارگذاری درازمدت آب و در بخشهای تحتانی سطح پاییندستسد، تحت اثر وزن مرده قسمت بیشآمده میباشد. لذا ملحوظ داشتن اثرات ترک در بدنه سدهای بتنی وزنیاز اهمیت بسزایی برخورداراست.
ازطرف دیگر رفتار غیرخطی سدهای بتنی جدید در ارتباط با گشودگی درزهها و ترکها یک پدیده بسیار مهم بهو یژه در درههای با دهانه وسیع به شمار میرود. این رفتار را میتوان سودمند به حساب آورد زیرا تحلیل غیرخطی موجب میشود که تنشهایکششی به صورت موضعی آزاد شوند لذا محسوب نمودن رفتار و مکانیزم غیرخطی بازشدگی ترکها به واقعیت نزدیکتر بوده و درآنالیز ایمنی سدهای بتنی دارای اهمیت فراوان میباشد.
پیشینه پژوهش:
با بالارفتن سن سدهای بتنی ساختهشده و پیشرفت جوامع بشری، لزوم بررسی ایمنی سدها بیشاز پیش احساسمیشود. دراین راستا دردهههای اخیر تلاش وافری در زمینه مدلسازی رفتارغیرخطی سدها به ویژه تحت بارهای لرزهای صورتگرفته است ومدلهایمختلفی برای رفتار غیرخطی بتن ارائه شده است و بوسیله آنها رفتار غیرخطی سدهای بتنی تحت بارهای استاتیکی و لرزهای ارزیابی شدهاست.
مدلسازی پروفیلهای ترک در سدهای بتنی تحت بارهای استاتیکی حرارتی توجه برخی از محققین را به خود جلب کرده است. درزمینه مطالعه رفتار لرزهای و پیشبینی ایجاد ترک در سدها میتوان بهکار ارائه شده توسط چپراو همکاران، 1972 به عنوان اولینقدم اشاره کرد که درآن با استفاده از تحلیل الاستیکخطی موقعیتهایی راکه ممکناست ترک در آنها ایجاد شود، مشخص شدهاست. در این مطالعه سدهای وزنیکوینا1 درهند و پاینفلت2 در ایلات متحده بدون درنظرگرفتن اثر اندرکنش دریاچه و پی تحت زلزله مورد مطالعه قرارگرفتهاند . در زمینه رفتارغیرخطی سدها درطول زلزله میتوان به انتشارات USCOLD مراجعهکرد.[
لگر و بهاتاچارجی، 1994 اثر نفوذ آب به داخل ترکها و فشار برخاستی و همچنین اثر افزایش ارتفاع آب دریاچه بر ایمنی سدهای بتنی وزنی بطورمفصل مورد بررسی قراردادند بطورکلی میتوان گفت که مدل ارائه شده دراین مطالعه، برای تحلیللرزه ای غیرخطی سدهای بتنی وزنی و یا هر نوع سازه بتنی دیگر بسیار مناسب بنظر می رسد
تیناوی و چریب، 1995 مدلهای مکانیک شکست را بررسیکرده و مدلمناسب برای تحلیلاستاتیکیو لرزهای سدهای بتنی وزنی درفضای دوبعدی ارائه دادند. در این مطالعه ابتدا اساس مدلهای مکانیک شکست بررسیشده و درنهایت یک مدلمکانیک شکست غیرایزوتروپ معرفیشدهاست. برای گسترش تخریب از معیارهای مناسبیکه تابعی از خصوصیات مقاومت پایهای بتن، مقاومت کششی و فشاری بتن و انرژی شکست آن میباشند، بهره گرفته شده است.
همچنین، با استفاده از مفهوم انرژی معادل، اندازه المانها به سطح قابل قبولی برای مدل-سازی سازههای عظیمی چون سدها رسانده شده است از مطالعاتآزمایشگاهی وهمچنین نمونه واقعی ترکهای موجود درسد وزنی بتنی کوینا بهرهگرفته شده و نشان داده شده است که مکانیک شکست روش مناسبی برای ارزیابی مقاومت نهایی سدهایبتنیو بدستآوردن ضریب ایمنی آنها میباشد. همچنین نشانداده شده است که مدلغیرایزوتروپ ارائه شده عملکرد مناسبتری نسبت به مدل ایزوتروپ مکانیک شکست در تحلیلهای لرزه ای دارد
