بخشی از مقاله
خلاصه
دیوارهای حایل در مناطقی که از نظر لرزهای فعال هستند نیز مورد استفاده قرار میگیرند. نیروهای وارد بر دیوار در اثر زلزله به عواملی مانند رفتار خاک زیر دیوار، رفتار خاکریز پشت آن، رفتار خمشی و اینرسی دیوار و طبیعت حرکات ورودی بستگی دارد. طراحی دیوار برای پایداری در مقابل خطرات زلزله در مناطق لرزه خیز، از طریق تحلیل رفتار لرزهای سیستم سازه - خاک انجام میشود.
روشهای مبتنی بر نیرو - روش شبه استاتیکی، روش شبه دینامیکی - و روشهای مبتنی بر تغییرمکان - یا روش طراحی بر اساس عملکرد - که بر پایه نظریه بلوک لغزشی نیومارک قرار دارند، از جمله روشهای اصلی تحلیل لرزهای دیوارهای حایل محسوب میشوند. جهت تحلیل دینامیکی دیوارهای حایل از روشهای عددی نیز میتوان استفاده نمود.
در این مقاله با استفاده از فاکتور منحصر به فرد طراحی Fd، برگرفته از روش بلوک لغزشی نیومارک که با استفاده از تحلیل عددی توسط نرم افزار اجزای محدود ABAQUS بدست آمده، نموداری جهت تخمین جابجاییهای افقی بالا و پایین دیوار حایل وزنی تحت اثر زلزله روی خاکهای ماسهای رس دار ارائه گردیدهاست.
1. مقدمه
پیش بینی تغییرمکانهای ایجاد شده در اثر زلزله، یک وجه کلیدی در طراحی لرزهای دیوارهای حایل میباشد، تغییرمکانهای بیش از اندازه نه تنها باعث خرابی خود دیوار بلکه باعث وارد آمدن خرابی به سازههای مجاور میشود. در تحقیقات و بررسیهای انجام شده از این نوع خرابیها میتوان به مطالعات Inagi و همکاران [1] در زلزله 1995 کوبه و Tsuchida در زلزله تاریخی 1964 نیاگاتای ژاپن اشاره نمود.
در طول چند دهه گذشته روشهای تحلیلی برای تخمین تغییرمکانهای ماندگار دیوارهای حایل در حین زلزله بوجود آمدهاست. اغلب روشهای ثبت شده برای پیش بینی تغییر مکان لغزشی دیوارهای حایل وزنی بر پایه روش بلوک صلب نیومارک، قرار دارد.
نیومارک در کنفرانس رانکین خود، روش بلوک لغزان را برای محاسبه تغییرمکان شیبهای خاکی پیشنهاد داد. با بکاربردن مفهوم شتاب تسلیم، تغییرمکان نسبی بین بلوک صلب و زمین زیر آن از لحظهای که شتاب زمین از شتاب تسلیم بیشتر میگردد تا زمانیکه بلوک و زمین دارای سرعت یکسانی شوند افزوده میشود.
در دیوارهای حایل حالتهای مختلفی از جمله دوران دیوار حول پایه، حول راس، انتقال دیوار و یا دوران همراه با انتقال دیوار، میتوان متصور شد. در بررسیهایی که توسط محققین بر روی دیوارهای دوران کننده حول پایه صورت گرفته، مشخص شدهاست که نیروی وارد بر دیوارها در حالت بیان شده با نیروی وارد بر آنها در حالات مقاوم و محرک که براساس تئوریهای کلاسیک موجود بیان میشود تفاوت دارد.
Richards و [2] Elms با پی بردن به اثر اینرسی دیوار در طراحی لرزهای دیوارهای حایل وزنی به این نتیجه رسیدند که حتی برای حرکات ملایم زمین، حرکات رو به بیرون از خاکریز دیوار قطعی است. چقدر جابجایی اتفاق خواهد افتاد و چگونه یک دیوار را برای تغییرمکانی محدود و مجاز طراحی کنیم تبدیل به مهم ترین سوال مهندسان گردید این درحالی بودکه هرگونه گیرداری اضافی برای جلوگیری از حرکت دیوار یا بسیار پرهزینه بود و یا اینکهعملاً غیرممکن مینمود. از طرفی روشهای شبه استاتیکی موجود - مونونوبه و اکابه - جوابگوی ایمنی دیوارهای حایل در برابر زلزله نبودند.
این دلایل برای Richards و Elms کافی بود تا به دنبال روش نوینی برای طراحی دیوارهای حایل باشند. آنها روش طراحی بر مبنای تغییرمکان محدود را مناسب دیدند که برگرفته از مفهوم تغییرمکان های تدریجی ماندگار بلوک لغزان نیومارک - 1965 - بود. لذا روش بلوک لغزان نیومارک توسط Richards و Elms برای طراحی دیوارهای حایل وزنی اصلاح و توسعه داده شد.
Deepankar و [3] Sanjay با استفاده از روش دینامیکی، جابجایی چرخشی دیوارهای حایل صلب تحت بارهای لرزهای را که در پشت آن خاک غیرچسبنده قرار دارد، در حالت فعال محاسبه نمودند.آنها فازهای مختلف تاثیر تقویت انتشار امواج اولیه و اصلی را در میان خاک پشت دیوار حایل بررسی کردند. سپس تاثیر خصوصیات جنبش زمین بر جابجایی چرخشی دیوار ارزیابی شد و تاثیر تغییر پارامترهایی مثل زاویه اصطکاک دیوار، زاویه اصطکاک خاک، ضریب تشدید کنندگی، سرعت موج برشی، سرعت موج اولیه، پریود حرکت افقی، شتاب لرزهای افقی و قائم بر جابجایی چرخشی مطالعه گردید و مشخص شد جابجایی چرخشی دیوار اساساً باتقویت و افزایش هر دو موج اولیه و برشی در زمان وارد کردن لرزه افزایش پیدا میکند.
از جمله مطالعات عددی صورت پذیرفته در این زمینه میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
بازیار و مقدم [4] با مدلسازی عددی دو مورد دیوارحایل آزمایشگاهی سانتریفیوژی به کمک نرم افزار تفاوت محدود FLAC 2D که برای مطالعه رفتار لرزهای دیوارهای حایل وزنی انجام دادند، نتیجه گرفتند این نرم افزار تغییرمکانهای ماندگار دیوارهای حایل از قبیل لغزش و دوران دیوار، نشست پی و نشست خاکریز را با بکاربردن مدل رفتاری مناسب به طور نسبتا قابل قبولی شبیه سازی میکند.
موحدیفر و همکاران [5] در تحقیقی با یک مدل عددی بر اساس روش اجزاء محدود در شرایط کرنش صفحهای با استفاده از نرم افزار PLAXIS 8,2، به بررسی اثر پارامترهای مقاومتی خاک و اصطکاک و صلبیت دیوار بر مقدار فشار وارد بر دیوار و نیز میزان تغییر مکان لازم که شرایط مقاوم و یا محرک را ایجاد نماید، پرداختند. بررسیها نشان داد که نتایج بدست آمده از آزمایشها و تحلیلهای عددی، با تئوریهای کلاسیک تفاوت دارد. به عبارتی تئوریهای کلاسیک، هنگامی صادق است که میزان دوران دیوار به حدی باشد که گوه پشت دیوار به گسیختگی کامل برسد که این امر در شرایط اجرایی معمولا ایجاد نمیشود.
Tiznado و [6] 5RGU JXH]-Roa روش ساده و واقع بینانهای به منظور برآورد تغییر مکان جانبی و چرخش دیوارهای حایل وزنی در مقابل زلزلههای قوی ارائه نمودند.آنها با انجام تحلیل اجزاء محدود، استفاده از فاکتور طراحی منحصر به فرد Fd، برگرفته از روش بلوک لغزان نیومارک و شبیه سازی فرایند ساخت و ساز دیوار حایل و خاکریز در سه مرحله و چندین مرحله تحلیل دینامیکی با نرم افزار PLAXIS، جابجایی افقی بالا و پایین دیوار را بدست آورده و نمودار جابجایی بر حسب فاکتورطراحی منحصر به فرد Fd را رسم نمودند.
[7] Hafez Ismail Ibrahim به مطالعه عددی رفتار دیوارهای حائل تحت اثر زلزله پرداخت. ایشان توسط نرم افزار PLAXIS جابجایی لرزهای دیوار را محاسبه نمود. نتایج به دست آمده از این مطالعه نشان داد در دیوارهای وزنی که نسبت ارتفاع دیوار به عرض فنداسیون - H/B - کمتر از 1/4 باشد لغزش لرزهای غالب بوده و میتوان از دوران دیوار صرف نظر نمود.
در تحقیقات و بررسیهای مروری انجام شده، Yang و همکاران [8] با هدف توسعه مفاهیم طراحی و تحلیل لرزهای دیوارهای حایل، به معرفی و مقایسه تئوریها کنونی، مطالعات آزمایشگاهی و یافتههای عددی در این زمینه پرداختند.
در این مقاله با مدلسازی عددی توسط نرم افزار اجزای محدود ABAQUS جابجایی افقی بالا و پایین دیوار محاسبه گردیده و با رسم نمودار جابجایی - فاکتور Fd ، یک نمودار کلی برای تخمین جابجایی لرزهای دیوار حایل وزنی روی خاک ماسهای رس دار ارائه گردیدهاست.
2. مشخصات مدل
سیستم دیوار حایل وزنی در شکل 1 نشان داده شدهاست. جدول 1 شامل شتاب، سرعت و جابجایی حداکثر سنگ بستر، ثبت شده از زلزله منجیل که در ورودی مدل اجزاء محدود استفاده شده است، میباشد. در جدول 2 مشخصات خاک مورد استفاده در فنداسیون و پشت دیوار شامل ماسه رس دار با سه ضریب چسبندگی مختلف ارائه گردیده است. مدل رفتاری خاک، مدل رفتاری الاستوپلاستیک با معیار گسیختگی موهر-کولمب میباشد.
شکل -1 سیستم دیوار حایل وزنی
جدول -1 رکورد حرکت سنگ بستر زلزله 1990 منجیل
جدول -2 مشخصات خاک مورد استفاده
