بخشی از مقاله
چکیده
با در محاسبه میزان نشست شمعهای بتنی درجاریز تحت بار محوری علاوه بر رفتار خاک اطراف شمع، طول و قطر شمع پارامترهای مهمی هستند. به علت اختلاف نتایج تجربی و همچنین محدودیتهای روشهای تجربی در شرایط مختلف و عدم جامعیت آنها برای لحاظِ کلی پارامترهای موثر در این پدیده، با استفاده از روش عددیِ اجزای محدود با تعیین ابعاد بهینه مرزهایِمُدل هندسی در تخمین میزان نشست شمع های بتنی درجاریز تحت بار محوری در خاک های چسبنده اشباع به مقایسه پارامتر های ذکر شده در بالا با روش های تجربی و تحلیلی موجود از جمله تیموشنکو وگودیر، وسیک، پولوس و باولز پرداخته شود.
بدین ترتیب با تعیین فرضیات و داده های ورودی اولیه با استفاده از تحلیل حساسیت اقدام به مدل سازیِ شمعهایی با چهار طول و چهار قطر متفاوت در چهار نوع خاک چسبنده معمول و متفاوت، در 32حالت ابعاد مرزهای افقیِ متناسب با قطر شمع، تحت پنج نوع بار قائم با استفاده از نرم افزار اجزای محدود پلکسیس مُدل سازی شده است.
در نهایت با استفاده از تحلیل حساسیتِ نتایج حاصل از 10240مُدل اجزای محدود و تعیین ابعاد مناسب و بهینه برای مرزهایفقیِا مدل متناسب با قطر شمع، اثر مشخصات هندسی و بارگذاری در تخمین میزان نشست شمعهای بتنی درجاریز قرار گرفته در خاکهای چسبنده زهکشی نشده، مورد بررسی قرار گرفت.
با توجه به نتایج، ابعاد بهینه و مناسب برای مرزهای افقی مُدل هندسی در تخمین میزان نشست شمعهایتنیِب درجاریز مدفون در خاکهای چسبنده بستگی به مشخصات هندسی شمع و مقدار بار محوری قائم وارده بر شمع دارد و تقریبا مستقل از جنس خاک چسبنده زهکشی نشده میباشد. در انتها تعدادی فرمول برای برای تعیین ابعاد بهینه مرزهای مدل عددی در تخمین میزان نشست شمع های بتنی درجاریز تحت بار محوری در خاک های چسبنده زهکشی نشده پیشنهاد شده است.
-1 مقدمه
با توجه به استفاده قابل ملاحظه از شمع های بتنی در پروژه های عمرانی، تخمین میزان نشست این نوع شمع ها در خاک های ضعیف نسبت به خاک های دیگر از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در محاسبه میزان نشست شمع های بتنی درجاریز تحت بار محوری علاوه بر رفتار خاک اطراف شمع، طول و قطر شمع پارامترهای مهمی هستند. محققین زیادی در سال های اخیر با استفاده از روش های گوناگونی به بررسی این موضوع پرداختنددر. حالت کلی تحقیقات انجام شده در زمینه تحلیل نشستِ پی های عمیق را می توان به سه دسته کلی روش های تجربی، تحلیلی و عددی تقسیم بندی کرد.
آزمایشات تمام مقیاس در مراحل طراحی پی های عمیق به عنوان یکی از ارکان اصلی جهت اثبات عملکرد سیستم شمع و تصدیق پارامتر های طراحی به دست آمده از بررسی های محلی انجام می شوند ولی به دلیل هزینه های بسیار زیاد این گونه آزمایشات، استفاده از آن ها محدود می باشد. جهت استفاده از روشهای تحلیلی میبایست با استفاده از ساده سازی، مسئله را به شکل روشهای تحلیلی ارائه شده تبدیل کرد. در میان روش تحلیلی ساده شده محققین بسیاری جابه جایی عمودی خاکی که به وسیله تنش برشی شفت ایجاد می شود را به عنوان رابطه لگاریتمی با فاصله شعاعی از شفت شمع در نظر می گیرند.
سید و رِس برای اولین بار در سال 1957 تغییر شکل خاک شمع را با استفاده از تابع انتقال-بار توصیف کردند[7] و پس از آن محققین دیگر به توسعه این توابع پرداختند. به علت اختلاف نتایج و همچنین محدودیتهای روشهای تجربی و تحلیلی در شرایط مختلف و عدم جامعیت آنها برای لحاظِ کلی پارامترهای موثر در این پدیده، استفاده از روش های عددی در سال های اخیر توسعه زیادی پیدا کرده است. محققین زیادی با استفاده از روش های عددیِ اجزای محدود به عنوان روشی سریع و با دقت اقدام به تحلیل پی های عمیق پرداختند
اگرچهروش عددیِ اجزای مرزی نتایج دقیق تری را ارائه می دهد اما با توجه به پیچیدگیِ نرم افزارهای مورد نیاز کاربرد مهندسی زیادی ندارند
در این مقاله سعی شده استتعیینبا ابعاد بهینه مرزهایِ مُدل هندسیِ اجزای محدود در تخمین میزان نشست شمع های بتنی درجاریز تحت بار محوری در خاک های چسبنده اشباع به مقایسه پارامتر های ذکر شده در بالا با روش های تجربی و تحلیلی موجود از جمله تیموشنکو وگودیر[26]، وسیک[27]، پولوس[28] و باولز[29] پرداخته شود. بدین ترتیب با تعیین فرضیات و داده های ورودی اولیه با استفاده از تحلیل حساسیت اقدام به مدل سازی خواهد شد.
-2 تحلیل عددی
اهداف روشهای عددی در مهندسی ژئوتکنیک متعدد است که از آن جمله میتوان به تحلیلهای کیفی مانند مطالعات پارامتری1، تحلیل حساسیت2 و مطالعات اصول پایه و تحلیلهای کمی مانند تحلیل طراحی3 و تحلیلهای بازگشتی4 اشاره کرد.[30] در این تحقیق با استفاده از تحلیل حساسیت و به کمک نرم افزار اجزای محدود دوبعدی Plaxis نسخه 8/6 اقدام به مدل سازی خواهد شد. بدین ترتیب شمعهایی با طول 10، 20، 30 و 40 متر و قطرهای 0/8، 1/00، 1/2 و1/5 متر مطابق جدول در1 چهار نوع خاکِ 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 های ورودی اولیه در ادامه شرح داده خواهد شد.
جدول :1 مشخصات هندسی شمع های مورد استفاده در تحقیق - ابعاد به متر هستند -
-2-1 مدل هندسی، بارگذاری و شرایط مرزی
ابتدا از مُدل هندسی اجزای محدود به صورت کرنش صفحهای با اجزاء 15 گرهی استفاده خواهد شد. سپس به منظور دقت بیشتر در ساخت هندسه مُدل، با استفاده از تحلیل حساسیت اقدام به تعیین ابعاد بهینه برای مرزهای مُدل در راستای افقی میشود. بدین ترتیب ابعاد مرزهای مُدل در راستای عمودی ثابت و برابر با 80 متر و در راستای افقی متناسب با قطر شمع مطابق شکل 1 در 32 حالت ساخته خواهد شد. مشخصات هندسی شمعهای مورد استفاده و جزئیات ابعاد مرزهای مُدل در جدول 2 نشان داده شده است.
در حقیقت همهی مرزها باید یک شرایط مرزی در هر جهت داشته باشند. بدین منظور از شرایط مرزی استاندانرم5 افزار پلکسیس، برای مرزهای مُدل هندسی استفاده خواهد شد . پس یک پایداری کامل در اساس مُدل هندسی و درجات آزادی در جهت عمود - آزادUy= و - Ux=0 ایجاد میشود. همچنین مُدلها تحت 4 نوع بار متمرکز قائم متعارف - P - 1500، 3500، 5500، 7500 و 9500 کیلو نیوتن وارده بر شمع، ساخته خواهند شد. همچنین به منظور اعمال اندر کنش بین خاک و شمع، از المانهای جدایش با ضریب تجربی معین - Rinter - که در بخش مشخصات مصالح آورده میشود، استفاده خواهد شد.
شکل:1 مُدل هندسیِ شمع مدفون در خاک -
