بخشی از مقاله
حداقل عمق پوشش خاكي بر روي پلهاي خاكي- فولادي
خلاصه: پهناي خاكي- فولادي از قابهاي فولادي موجودار و انعطاف پذير پوشانده شده درون خاك دانه اي خوب متراكم ساخته شده اند.
طراحي آنها براساس اندركنش تركيبي ميان فشارهاي خاك و جابه جايي هاي ديواره كانال انجام مي شود. گسيختگي سازه ممكنست به سبب گسيختگي برشي يا كششي در پوشش خاكي روي كانال فولادي آغاز شود. بكارگيري ملاحظات طراحي ارائه شده در آئين نامه هاي مختلف، مانند آئين نامه طراحي پلهاي بزرگراه كانادا، در جلوگيري از برخي مشكلات مربوط به گسيختگي خاك
روي پلهاي خاكي- فولادي با در نظر گرفتن حداقل عمق پوشش خاكي روي تاج كانال با توجه به شكل هندسي آن، موفقيت آميز بوده است. با اين وجود، الزامات آئين نامه موجود براي حداقل عمق پوشش جهت حداكثر دهانه به طول 62/7 متر و استفاده از قابهاي سخت نشده با عمق اعوجاج 51 ميليمتر، بسط داده شده اند. اثر طول دهانه هاي بزرگتر يا بكارگيري قابهاي موجدار
صلب تر، پيشتر بررسي نشده و موضوع اين مقاله است. مطالعه حاضر، جهت بررسي مجدد گسيختگي هاي ممكن خاك به سبب بارهاي زنده وارده در مركز (يعني بارهايي كه بصورت متقارن، حدودا در وسط دهانه كانال وارد مي شوند) يا بارهاي زنده خارج از مركز، از تحليل اجزاء محدود استفاده مي كند. اين بررسي، مربوط به كانالهاي دايروي با دهانه بزرگتر از 24/15 متر و قوسهاي 3/21 متري با موجهاي عميق است. نتيجه حاصله اين است كه علاوه بر هندسه كانال، ابعاد واقعي دهانه نيز بايستي جهت تعيين عمق لازم براي پوشش خاكي مورد توجه قرار گيرد.
معرفي: پلهاي خاكي- فولادي از قابهاي فولادي موجدار و انعطاف پذير پوشانده شده در خاك دانه اي خوب متراكم شده ساخته شده اند. اين پلها با دهانه هايي به طول حداكثر 62/7 متر با استفاده از قابهاي فولادي با عمق اعوجاج (موج) 51 ميلي متر ساخته شده اند در حاليكه بخشهاي خاصي مانند سخت كننده ها براي دهانه هاي بزرگ بكار رفته اند. اخيرا، موجهاي عميق تري (در قابها) به اندازه 140 ميليمتر (شكل 1) ايجاد شده و براي سازه هايي با دهانه هايي كمتر از 22 متر در استاندارد ASTM-A 796.A 796 M مورد استفاده قرار گرفته اند. (استاندارد 1999,ASTM).
طراحي پلهاي خاكي- فولادي، بر اندركنش تركيبي ميان فشارهاي خاك و جابه
جائي¬هاي ديواره كانال، بنا نهاده شده است. (معيارهاي) حدود طراحي و الزامات آئين نامه اي تعيين شده و به اثبات رسيده اند؛ به Abdel- sayed و همكاران (Adbel- Sayed) و همكاران، 1993) آئين نامه طراحي پلهاي بزرگراه كانادا (2001 , CSA- CHBDC) و مشخصات استاندارد پلهاي بزرگراه منتشر شده توسط آشتو (2001, AASHTO) مراجعه شود.
يكي از معيارهاي گسيختگي براي چنين سازه هايي در شرايطي كه پوشش خاكي روي مجراي فولادي كافي نباشد، گسيختگي خاك بخاطر برش و / يا كشش ايجاد شده در آن مي باشد. بكارگيري ملاحظات طراحي ارائه شده شده در آئين نامه هاي مختلف، مانند آئين نامه طراحي پلهاي بزرگراه (1992, OHBDC) Ontario، آشتو (آشتو، 2001) يا آئين نامه طراحي پلهاي بزرگراه كانادا، در جلوگيري از برخي مشكلات مربوط به گسيختگي خاك روي پلهاي خاكي- فولادي با در نظر گرفتن حداقل عمق پوشش خاكي روي تاج كانال، موفقيت آميز بوده است.
اين الزامات، در اصل تجربي بوده و از آن پس، براساس تحليل اجزاء محدود (1981, Hafez) با در نظر گرفتن شكل هندسي كانال و بارهاي محوري، كاميون OHBDC جهت طراحي (شكل 2)، اصلاح شوند (1983a, Abdel- Sagal, Hafez). در نتيجه، حداقل عمق پوشش مورد نياز (h) در دومين ويرايش از (1983,OHBDC)OHBDC، بزرگترين مقدار از بين يا با حداقل مقدار 6/0 متر بود كه براساس شكل 3، D,S به ترتيب دهانه موثر و خيز (برآمدگي) كانال هستند. با وقوف به دست وپاگير بودن الزامات فوق بخصوص در مورد كانالهاي دهانه كوتاه به شكل بيضي افقي، سومين ويرايش (1992,OHBDC) OHBDC شرط پيشين را به كاهش داد.
همچنين الزامات مشابهي در آئين نامه فعلي طراحي پلهاي بزرگراه كانادا مشخص شده اند (2001,CSA-CHBDC) و در حال حاضر بدون توجه به نيمرخ اعوجاج صفحه، قابل استفاده براي تمام سازه هاي خاكي فولادي مي باشند. هر چند، بايستي به اين نكته اشاره نمود كه تمامي الزامات براي حداقل عمق پوشش، براي حداكثر دهانه 62/7 متري و استفاده از قابهاي سخت نشده با عمق اعوجاج 51 ميليمتري ايجاد شده اند. تاثير دهانه هاي بلندتر و / يا استفاده از قابهاي موجدار صلب تر يا بيشتر مورد بررسي قرار نگرفته و موضوع اين مقاله مي باشد كه به بررسي مجدد مسئله گسيختگي امكان پذير در پوشش خاكي بعلت بار زنده واقع در مركز يا خارج از مركز كه بر خاكريز اعمال مي شود،
مي پردازد. در اينجا گسيختگي پوشش خاكي براي كانالهاي دايروي با دهانه هاي كوتاهتر از 24/15 متر و قوسهاي 3/21 متري داراي، قابهايي با موجهاي عميق (شكل 1) مورد بررسي قرار گرفته است. مشاهدات ارائه شده مبتني بر نتايج تحليل اجزاء محدود انجام شده توسط Hafez در دانشگاه وينزور (1981, Hafez) (به بخش بعدي مراجعه شود) و نيز بكارگيري آئين نامه جامع و عمومي ABAQUS [نرم افزار اجزاء محدود، نسخه 1/6 (1998)، R.I. , Providence, Sorenson, Karlssen, Hibbit] و در نظر گرفتن بار كاميون مطرح شده توسط 1992, OHBDC مي باشند (شكل 2).
شكل
شكل 1- انواع قابهاي كانال، ابعاد به ميليمتر بيان شده اند موج استاندارد 51 ميليمتري (2 اينچي)، قاب (I)؛ (b) موج استاندارد 1400 ميليمتري، قاب (II)؛ (c) قابهاي موجدار سخت شده؛ قاب (III)؛ و (d) قابهاي موجدار سخت شده با پركردگي بتني، قاب (IV).
شكل 2- بارهاي محوري كاميون OHBDC براي طراحي (1992,OHBDC)، (a) نما (b) پلان
شكل 3- تعريف و توضيح S,D براي اشكال مختلف سطح مقطع كانال، (a) دايره، (b) نيم قوس، (c) بيضي قائم، (d) بيضي افقي، (e) قوس Re-entrant و (f) قوس لوله اي
شكل 4- مدل اجزاء محدود براي كانالهاي دايروي (1981, Hafez).
شكل 5- تعريف خروج از محوريت e براي موارد بارگذاري تحت بررسي، (a) در صورت اعمال يك بار محوري (b) در صورت اعمال يك بار محوري
پلهاي خاكي- فولادي تحت بارگذاري، با در نظر گرفتن عوامل و بار اجرا و تغيير مجاز بار ديناميكي طراحي مي شوند. همچنين ضوابط و معيارهاي مختلفي از گسيختگي در خاكريز و قابهاي فولادي مورد بررسي قرار ميگيرد. (2001, AASHTO, 1992,OHBDC). با اين وجود، هدف مقاله حاضر، به بررسي گسيختگي خاك بالاسري كانال محدود شده و تنها به توضيح استفاده از خاكريزهاي دانه هاي مجاز و خوب متراكم شده مي پردازد (1992,OHBDC). اين مقاله، رفتار پوشش خاك كم عمق را مورد بررسي قرار داده و از الزامات عمومي و عملي براي حداقل عمق پوشش خاكي را بخصوص براي پلهاي خاكي- فولادي با دانه هاي بزرگ ارائه مي نمايد. طراحي سازه اي ديواره هاي كانال و همچنين ظرفيت باربري خاك در حوزه بررسي حاضر نمي گنجد.
شكل 6- ساير شكست براي مدل موهر- ؟
شكل 7- نسبت براي كانال دايروي، قاب (I) و يك بارمحوري برابر
شكل 8- نسبت براي كانال بيضوي، ، قاب (I) و يك بار محوري برابر
تحليل گسيختگي خاك بالاي كانال:
تحليل اجزاء محدود انجام شده توسط Hafez:
Hafez (1981)، جهت تحليل و بررسي سازه هاي خاكي- فولادي قرار گرفته تحت پوششهاي خاكي با عمقهاي متفاوت و شرايط بارگذاري عبور و مرور متحرك، روش اجزاء محدود را با در نظر گرفتن حالت تنش در پوشش خاكي و اندركنش آن با قابهاي فولادي به كار برد. شبكه كرنش صفحه اي اجزاء محدود شامل 4 نوع عنصر، براي نشان دادن حدود سيستم خاك- سازه بكار گرفته شد در حاليكه ديواره فولادي موجودار توسط عناصر تير معمولي جايگزين گرديد خاك زير SLهاي (توضيح داده شده در شماره 6) سازه بوسيله عناصر مثلثي ساده با كرنش ثابت، شبيه سازي
مي شود. عناصر (اجزاء) محدود درجه بالاتري با برآوردهاي درجه دوم جابه جائي، در اطراف سازه بالاتر از خطوط SL آن، جائيكه شيب تنش حاصل از بارهاي زنده، نسبتا تند است، بكار گرفته شده اند (شكل 4).
شكل 9- نسبت براي كانال دايروي، ، قاب I و يك بار محوري برابر
شكل 10- مقطع عرضي نوعي براي كانالهاي قوسي، نوع B,A
شكل 11- تاثير ضخامت قاب برگسيختگي خاك بالاي كانالهاي دايروي، و دوبار محوري (2 بار 143 كيلونيوتني) دو نسبتهاي متفاوتي از
شكل 12- تاثير ضخامت قاب برگسيختگي خاك بالاي كانالهاي بيضوي، و دوبار محوري (2 بار 142 كيلونيوتني) در نسبتهاي متفاوتي از جهت بروز حالتهاي ممكن اندركنش بين دو ماده همانند لغزش، عناصر اندركنش ميان خاك و اجزاء آبرو تعريف شدند.
خاصيت مهم غير خطي بودن: خاك همانند غير خطي بودن رابطه تنش برشي و كرنش برشي براي عناصر اندركنش در نظر گرفته مي شود. روابط هيپربوليك تابع تنش براي عناصر خاك، بين تنش و كرنش بكار گرفته مي شوند. شبكه اجزاء محدود، لايه به لايه ساخته مي شود
. چندين چرخه تكرار درهر تحليل گنجانده شده تا نهايش خصوصيات خاك را بهبود بخشيده واز پس جدا شدگي يا لغزش بين خاك و ديواره هاي كانال برآيد (در صورت بروز جدا شدگي يا لغزش ميان خاك و ديواره هاي كانال، به مشكلي برخورد نكند) (1983a,b,Abdel-sayed,Hafez). بار زنده، بصورت محوري يا خارج از محور نسبت به وسط دهانه كانال (شكل 5) در افزايشهايي مناسب بارهاي زنده معادل، اعمال شد. (1983,Bakht, Abdel- Sayed).
گسيختگي هر جزء خاك، با توجه به ايجاد تنشهاي كششي يا فراتر رفتن تنش برشي از حداكثر مجاز آن براساس معيار ؟- كولمب، تشخيص داده شد (شكل 6). يك روش انتقال تنش براي از بين بردن تنشهاي فراتر رفته از حدود مجاز بدون برهم زدن تعادل، بكار گرفته شد. انتشار گسيختگي در عناصر مجاور المان محدودي كه در آن، گسيختگي خاك رخ داده، در بخشهاي بعدي تحليل، مورد بررسي قرار گرفته و تعيين شده است.
يك برنامه اجزاء محدود جهت پيش بيني حالت تنشهاي موجود در خاك به سبب بارهاي مرده و زنده و نيز براي تعيين مقدار بار زنده اي كه بيشتر از ساير مقادير، سبب گسيختگي خاك در اعمال مختلف پوشش خاكي مي شود، ايجاد شد. خاكريز دانه اي و متراكم توصيه شده در اطراف و بالاي كانال (1992, OHBDC)، توسط مدلي هيپربوليك (1974, Duncan, Wang) با درنظر گرفتن زاويه اصطكاك داخلي برابر ، مدلسازي شد.
بار زنده انجام شده بر روي مدلهاي سازه خاكي – فولادي تحت پوشش كم عمق، تاييد شد (1981,Hafez) نتايج تحليلي بدست آمده از اين برنامه، با نتايج تجربي حاصله از آزمايشهاي تحليل انجام شده، پارامترهايي را براي كنترل عمق پوشش لازم جهت جلوگيري از گسيختگي خاك بالاي كانال بنا نهاد (1983a,b,Abdel-Sayed,Hafez) اين پارامترها شامل اندازه بارگذاري، برون محوري آن و شكل هندسي كانال هستند. براساس اين تحليل، الزامات حداقل عمق پوشش، براساس نسبت عمق پوشش خاكي به طول دهانه با در نظر گرفتن هندسه سطح مقطع كانال ايجاد شدند (1992,OHBDC). مجددا تاكيد مي گردد كه اين نسبتها را فقط مي توان در مورد قابهاي موجدار 51 ميليمتري بكار گرفت و براي كانالهايي با دانه هاي بزرگتر از 62/7 متر يا سازه هايي يا قابهاي مسلح معتبر نمي باشند.
شكل 13- تاثير ضخامت قاب برگسيختگي خاك بالاي كانالهاي دايروي: و دوبار محوري (دوبار 142 كيلونيوتني) تحت چندين مقدار e
شكل 14- تاثير ضخامت قاب بر گسيختگي خاك بالاي كانالهاي بيضوي، و دوباره محوري (دوبار 142 كيلونيوتني) تحت چندين مقدار e
تحليل اجزاء محدود ABAQUS:
در راستاي بسط تحليل دوبعدي جهت در برگرفتن شكل و اندازه هاي متغير، نويسندگان اين مقاله، برنامه آئين نامه عمومي ABAQUS را بكار گرفتند. در اينجا، ويژگيهاي اصلي المان خاك، رفتار توصيف شده توسط مدل موهر- كولمب، كه جهت مدلسازي مواد براساس ضوابط و معيارها كلاسيك تسليم موهر- كولمب بكار مي رود، را دنبال مي كنند. فرض بر اين است كه گسيختگي زماني رخ مي دهد كه تنش برشي در هر نقطه از ماده، به مقداري برسد كه بصورت خطي به تنش قائم در همان صفحه وابسته است. مدل موهر- كولمب براساس دايره مور براي حالتهاي گسيختگي در صفحه تنشهاي اصلي حداكثر و حداقل مبناگذاري شده است اين مدل را مي توان بصورت زير نوشت:
اين مدل را مي توان بصورت زير نوشت:
كه در آن، ، تنشهاي اصلي حداكثر و حداقل هستند (كشش، مثبت فرض
مي شود).
مشابه شرايط شكل 6، خط گسيختگي با دايره موهر برخورد مي كند با اين حال جهت كاربرد عمومي، مي توان خط گسيختگي را در تنش قائم صفر، به عنوان جزء چسبندگي درنظر گرفت. تحليل انجام شده توسط برنامه ABAQUS، بار محوري مسبب گسيختگي خاك بالاي كانال را محاسبه مي نمايد. نسبت بار گسيختگي بار محوري طراحي در سراسر مقاله بعنوان ضريب
اطمينان در برابر گسيختگي خاك بالاي كانال مطرح شده است. اين مسئله، هدف اصلي اين مقاله يعني ارزيابي حداقل عمق خاك لازم جهت جلوگيري از گسيختگي خاك بالاي كانال مطرح شده است. اين مسئله، هدف اصلي اين مقاله يعني ارزيابي با حداقل عمل خاك لازم جهت جلوگيري از گسيختگي خاك بالاي كانال را برجسته مي نمايد. اين گسيختگي معياري براي گسيختگي كلي در تمام سيستم سازه اي تركيبي خاكي- فولادي تشكيل مي دهد.
شكل 15- نسبت برحسب طول دهانه (S) براي كانالهاي دارويي در ضخامتهاي مختلف قاب و نسبت
شكل 16- نسبت برحسب طول دهانه (S) براي كانالهاي قوسي، نوع B در ضخامتهاي مختلف قاب و نسبت
شكل 17- عمق خاك (h) بالاي كانالهاي دايروي در ضريب اطمينان 75/1
شكل 18- عمق خاك (h) بالاي كانالهاي قوسي، نوع B، در ضريب اطمينان 75/1
جدول 1- خصوصيات ديواره هاي SUPER-COP (نيمرخ )
شعاع ژيراسون ممان اينرسي
مساحت
ضخامت ديواره
از آنجائيكه هميشه براي تمام كارهاي خاكريزي به اطراف و بالاي كانال، خاك دانه¬اي خوب متراكم شده مورد نياز است، تنها پارامترهاي منطبق با چنين خاكي درمدل ABAQUS در نظر گرفته مي شوند. اين پارامترها بصورت زير در نظر گرفته شده اند، مدول الاستيسيته (ضريب ارتجاعي)، C=207MPa كه در مدل موهر- كولمب براي خاكهاي مشابه بكار گرفته شده است (ABAQUS)، ضريب پوآسون، و چسبندگي C=7KPa اين مقدار كم چسبندگي جهت جلوگيري از مشكل ؟ درحين اجراهاي ABAQUS، در مدل محدود گنجانده شده است. همچنين بدليل تفاوت مدل خاك دنبال شده توسط ABAQUS ومدل بكار رفته توسط Hafez و Abdel- Sayed,، Abdel- Sayed, Hafez1983a,b, Abdel- Sayed, Hafez) مقادير متفاوتي براي زاويه داخلي اصطكاك امتحان شده تا مقداري كه مدل خاك معادل با مدل دنبال شده توسط Abdel- Saged ,Hafez را نشان مي دهد، تعيين گردد (1983a,b, Abdel- Sayed, Hafez) دو مدل براي بارهاي محوري و خارج از محور اعمال شده بر كانالهاي دايروي و بيضوي مورد مقايسه قرار گرفته اند (شكل 7 تا 9). نسبتهاي مختلف عمق پوشش خاكي به دهانه كانال در نظر گرفته شده اند. مشاهده مي شود كه هماهنگي
خوبي ميان نتايج دو مدل مي توان براي يافت كه نتيجيتا، اين زاويه داخلي اصطكاك براي مدل موهر- كولمب دنبال شده توسط ABAQUS، انتخاب گرديد. اين مقدار، منطقي به نظر مي رسد زيرا خاكريزي كه قرار است اطراف و بالاي كانال ريخته شود، بايستي دانه اي بوده و تا حداقل 95% تراكم پروكتور استاندارد، متراكم شود.
پس از آن، براي بدست آوردن بار مسبب گسيختگي خاك در كانالهاي دايروي، بيضوي و همچنين در قوسهايي داراي شكل هندسي با طرح كلي نشان داده شده در شكل 10 و مشخص شده با نامهاي قوس A و قوس B، تحليلي با استفاده از ABAQUS انجام شد. همچنين موارد متفاوتي
از بارگذاري، برون محوريت مورد بررسي قرار گرفت (شكل 5).
شكلهاي 11 تا 16، بار گسيختگي خاك در قوسهاي دايروي corspan با سختي¬هاي متفاوت را نشان مي دهند. همچنين، عمق پوشش خاكي (h) كه ضريب اطميناني مفروض برابر 75/1 كه به صورت بيان مي شود براي قوسهاي دايروي و cor spon قوس B را حفظ مي نمايد، به ترتيب در شكلهاي 17 و 18 نشان داده شده است. در اينجا، بايد متذكر شد كه ارزيابي اصلاح شده عمق پوشش خاكي (h) براي موج (اعوجاج) 51 ميليمتر گنجانده شده است. اين ارزيابي، جهت توضيح موقعيتهاي متفاوت بارهاي محوري كاميون متحرك بر روي كانال انجام شده كه ممكنست همانند اساس تحليل Hafez، يك محور 200 كيلونيوتني منفرد نباشد.
مشاهدات:
پارامترهاي كنترلي پوشش خاكي با در نظر گرفتن سختي جديد قاب در حاليكه عمق اعوجاج (موج)، 140 ميليمتر فرض گرديده، مجددا در اينجا مورد بررسي قرار گرفته اند. اين پارامترها در بخشهاي بعدي ارائه شده اند.
دهانه كانال:
تحليل Hafez، نشان مي دهد كه اندازه كانال برحسب ، اثر قابل توجهي بر ضريب اطمينان در برابر گسيختگي خاك دارد. شكلهاي 17و18، نشان مي دهند كه عمق واقعي پوشش لازمه در برابر گسيختگي خاك روي كانالهاي دايروي و قوسي (هر دو در ضريب اطمينان برابر 75/1)، با اندازه كانال، تغيير عمده اي نخواهد داشت. اين مشاهده، روش بيشتر مشخص شده كه يك نسبت مجاز را بدون در نظر گرفتن اندازه دهانه تعريف
مي كند، نقص مي كند يعني هر چه اندازه دهانه افزايش يابد، بايستي عمق پوشش خاكي نيز بصورت خطي با آن افزايش پيدا كند (OHBDC، 1992). همچنين شكلهاي 17و18، يك روند كاهش جزئي در ميزان h همزمان با افزايش طول دهانه كانالهاي قوسي را نشان مي دهند. اين روند را مي توان اينگونه توضيح نمود كه چون گسيختگي خاك بالاي يك كانال بر اثر حركت رو به بالاي يك سوي آن و در ارتفاع يكسان پوشش (h) رخ مي دهد، حجم و وزن خاك، با افزايش طول دهانه، زياد مي شوند.
عمق موج (اعوجاج):
عمق اعوجاج (موج) بر صلبيت (سختي) خمشي ديواره هاي كانال (جدول 1) و نتيجتا براندركنش سازه خاك شامل تغيير شكل و تنشهاي ايجاد شده در خاك تاثير زيادي دارد. هر چند، افزايش صلبيت ديواره براي موج 140 ميليمتري در مقايسه با موج 51 ميليمتري، قابل ملاحظه است اما درقياس با صلبيت پوشش خاكي در سازه نسبتا بزرگ خاكي- فولادي، مقدار مهم و معني داري نخواهد بود. تاثير عمق موج با رجوع به موارد زير بررسي شده است. (1) عمق پوشش خاكي؛ (2) برون محوريت بار زنده (3) طول دهانه كانال. اين شرايط در بخش بعدي مورد بحث قرار گرفته اند.
عمق پوشش خاكي:
مقايسه اي ميان بارگسيختگي كانالها با قابهاي (II),(I) در شكلهاي 11و12 نشان داده شده است. شكل 11، نشان مي دهد كه در يك كانال دارويي 62/7 متري، عمق موج بخصوص تحت پوشش سطحي (كم عمق)، تاثير قابل توجهي دارد؛ اگرچه، تاثير صلبيت با افزايش به 3/0 يعني در عمق پوشش برابر 3/2 متر كاهش مي يابد. اين مسئله را مي توان به اين واقعيت كه بار زنده در خاك مستهلك شده و كاهش مي يابد و بصورت كلي، تاثير قابل چشم پوشي براي چنين پوششي دارد، نسبت داد. كانالهاي بيضوي، رفتار مشابه آنچه در شكل 12 ديده مي شود، نشان مي دهند.
برون محوريت بار زنده:
صلبيت (سختي) قابهاي ديواره بخصوص براي بارهاي برون محور، موثر است زيرا باعث كاهش جابجايي ديواره ها و نيز نيروهاي ايجاد شده متناظر مي شود كه گسيختگي خاك بالاي كانال را سبب مي شوند. شكلهاي 13و 14، نمونه اي از تاثير صلبيت ديواره بر گسيختگي خاك در برون محوري هاي مختلف در را نشان مي دهند. بار گسيختگي براي قاب I در برون محوري ، بيشتر از دوبرابر مي شود در حاليكه اثر صلبيت در برون محوري يعني زمانيكه بار زنده خارج از حدود كانال، وارد مي شود، قابل چشم پوشي است.
طول دهانه كانال
شكل 15، نسبت را براي كانالهاي دايروي با موجهاي به عمق 51 ميليمتر (قاب I) و 140 ميليمتر (قاب II) نشان مي دهد. مي توان مشاهده نمود كه ضريب اطمينان دو برابر گسيختگي خاك، با افزايش عمق موجها، زياد مي شود. هر چند، با افزايش طول دهانه، صلبيت ديواره كانال، تاثير كمتري پيدا كرده و هيچ تفاوتي ميان قابهاي II,I با طول
دهانه¬هاي بيشتر از 7/13 متر مشاهده نمي گردد. رفتار مشابهي در كانالهاي قوسي ديده مي شود (شكل 16). مي توان مشاهده نمود كه يك افزايش جزئي در نسبت ، مي تواند اثر زيادي بر ضريب داشته باشد.
نتيجه گيري:
براساس مطالعه ارائه شده، نتايج را مي توان بصورت زير خلاصه كرد:
1- عمق موج (اعوجاج)، تاثيري برعمق پوشش خاك لازمه در بالاي پلهاي خاكي- فولادي يعني كانالها بخصوص براي دهانه هاي كوتاهتر از 67/10 دارد. از اين اثر مي توان در كانالهاي دايروي بلندتر از 7/13 متر و كانالهاي قوسي بلندتر از 8/19 متر، چشم پوشي كرد. هر چند، براي طراحي سازه اي، كانالهاي دهانه بزرگ، به عمق موج (اعوجاج) بلندي نياز دارند.
2- روابطي كه بصورت رايج توسط AASHTO و نيز آئين نامه طراحي پلهاي بزرگراه كانادا (2001,CSA-CHBDC) توصيه شده اند، بصورت قابل توجهي، عمق لازم پوشش خاكي براي دهانه هاي نسبتا بزرگ (بيشتر از 15/9 متر) را مقدار بيشتري برآورد مي نمايند. بنابراين، اين روابط بايستي جهت معتبر بودن براي نسبتهاي بين ابعاد كانال و همچنين دهانه واقعي آن، مورد تجديد نظر قرار گيرند.
4- ارزيابي دقت اندازه گيري:
خطاي احتمالي اندازه گيري كرنشها در سازه پوسته اي فولادي در
نامساعد¬ترين شرايط وتنظيمات اندازه گيري از فرمول تقريبي زير محاسبه شد:
(1)
كه در آن:
= 5/1% : خطاي كرنش سنج
= 5/1% : خطاي واحد تصحيح كننده انتخابگر كانال
= 0/2% : خطاي تقويت كننده ابزار بندي (ابزار بندي، تعبير وسايل اندازه گيري در يك سازه)
= 5/2% : خطاي مدول ارتجاعي فولاد
خطاي احتمالي اندازه گيري جابه جايي ها (تغيير مكانها) در مقاطع انتخابي سازه پوسته اي با ورقهاي موجدار فولادي درمساعدترين تنظيمات مبدلها و ابزار اندازه گيري از فرمول تقريبي زير محاسبه گرديد:
(2)
كه در آن:
= 5/1% : خطاي مبدل تغيير مكان
= 0/1% : خطاي واحد مقياس انتخابگر كانال
= 0/2% : خطاي تقويت كننده ابزار بندي بكار رفته در پل
= 0/1% : خطاي كاليبراسيون (واسنجيدن)
5- اندازه گيري كرنشها و تغيير مكانهاي قائم:
5. 1. كليات:
يك ويژگي خاص پلهاي انعطاف پذير ساخته شده از ورقهاي موجدار فولادي اين است كه خاك اطراف پوسته، در تحمل بارهاي زنده ناشي از لايه¬هاي خاك (مرحله I) و چرخهاي وسائط نقليه عبوري از روي پل (مراحل III,II) شركت مي كند. جهت هماهنگي كامل خاك محيطي با پوسته
فولادي در تحمل بخش قابل توجهي از بار، مي بايست لايه¬هاي خاك به درستي در اطراف پوسته اجرا شده و با دقت و مهارت كافي تا حد معيني متراكم گردد. (به نحوي كه تنش ورقه فلزي از حد مجاز فراتر برود) مثلا در مورد مطرح شده، به ترتيب 95/0 و 98/0 در مقياس پروكتور بود. تراكم خاك عموما توسط دستگاههاي مكانيكي انجام مي شود كه عملكردشان در كنار ؟ مرده لايه هاي خاك
، تاثير بسزائي در وضعيت تنش (كرنش) و پايداري پوسته فولادي خواهد گذاشت. براي جلوگيري از فراتر رفتن تنشهاي پوسته از حد مجاز، مي بايست آنها را دائما (مثلا از طريق اندازه گيري كرنشها) تحت نظر داشت.
در راستاي فراهم نمودن تصويري جامع و فراگير از وضعيت تنش در پوسته طي مراحل مختلف ساخت پل، كرنشها و جابجائي هاي قائم در 3 مرحله زير اندازه گيري شوند:
مرحله 1- مونتاژ پوسته فولادي و تراكم لايه هاي خاصي از خاك در اطراف آن
مرحله 2- بعد از اجراي چندين لايه اساس جاده و نيز لايه بتني – آسفالتي به ضخامت 05/0 متر
مرحله 3- زمانيكه سازه كامل پل تحت بارگذاري استاتيك آزمايشي قرار گرفت.
قرائتهاي اوليه، حداكثر و نهايي براي تمامي نقاط اندازه گيري بكار رفته در تحليل در جداولي در مرجع 6 ذكر شده اند.
نتايج محاسبات بطور قابل توجهي با نتايج تجربي متفاوت بودند زيرا تعيين اندركنش ساختار پوسته فولادي وخاك اطراف آن در مدل محاسباتي بسيار دشوار است[مرجع 6]
خطوط تاثير توزيع عرضي بار در ميان ورقهاي منفرد موجدار جهت محاسبه مقادير منتظره تغيير شكلها (f)، كرنشها و تنشهاي قائم بكار گرفته شد.
تعيين حد هماهنگي سازه پوسته فولادي و خاكريز اطراف آن در باربري و نيز مدل سازه صحيح سطح مشترك بين اين دو، سختي هاي عمده اي را در تحليلها بوجود آوردند. محاسبات براي موقعيتها و بارهاي واقعي محورهاي ماشين آلات جاده سازي (حمل شن- شن ريزها) انجام شد. عرض خطوط تاثير زير محورها مستقيما از روي نتايج چاپي قرائت شد تا از اثر پلاسيون بين عرضها
كه كاري بيهوده و شديدا دشوار (و نيز كم دقت) بود، خودداري شود. نرم افزار Robot Millennium جهت بازبيني محاسبات با فرضهاي همانند يا مشابه مورد استفاده قرار گرفت كه نتايج حاصله بسيار به نتايج محاسبه شده توسط نرم افزار Cosmos.M نزديك بودند [مراجع 22و23].
7. نتايج:
پس از اندازه گيري هاي انجام شده بر روي پل جاده اي در Polanica Zdroj (در طي ساخت پوسته، خاكريزي و تحت بارگذاري استاتيك آزمايشي)، مقادير جابه جائي قائم (تغيير شكلهاي سازه باربر و نيز كرنش ها (غير مستقيم تنشهاي قائم) در نقاط و مقاطع عرض انتخابي در طول دهانه تعيين شدند. با در نظر گرفتن نتايج عملي حاصل از آزمايشهاي انجام شده با بارگذاري استاتيك يا دنياميك بر روي پلهاي موجود ساخته شده از ورقهاي موجودار Super cor يا Moltiplate مانند پلهاي Zzozyton Zdr?j [مرجع 7]، Giman در سوئد [مرجع هاي 1و14و16]، Stary Waliszow [مرجع 5]، Poznon- Rubiez [مرجع 4] و Trzebaw [مرجع 3] و نيز ايستگاههاي آزمايشي با مقياس طبيعي [مراجع 24و25]. مشاهدات رفتار سازه پوسته اي در اين نوع از پلها در طي آزمايشات و همچنين تحليلي جامع بر روي نتايج اندازه گيري نتايج عمومي و تخصصي زير درباره رفتار حقيقي پل به دست مي آيد.
1- ساخت
پلي (اجراي سيستم پوسته- خاك و پي هاي نواري) تحت بار خاكريز (مرحله 1) و بارهاي استاتيك (مراحل 2و3) حدود را افزايش نداد. مقادير كرنش و جابه جائي حاصله بسيار كوچك بودند و اين مسئله، شاهدي واضح بر سختي بسيار بيشتر پوسته نسبت به مفروضات تحليل استاتيك كه در آن، اندركنش، ميان ساختار پوسته فولادي و خاكريز اطراف آن در اين حد پيش بيني شده نبود (جدول 3).
2- تغيير شكلهاي اندازه گيري شده در ساختار باربر فولادي ساخته شده از ورقهاي موجداري كه تنها توسط پيچهايي با قابليت انبساط زياد بهم معتصل شده اند، و نيز كرنشهاي اندازه گيري شده برروي نقاط بالا و پائين موجهاي ورقها و همچنين بر روي ورقهاي اضافي مسلح كننده تحت بار خاكريز در طي مرحله 1 آزمايش و تحت بار مجموعه¬اي از 2 كاميون و با وزن كل بيش از Mg50 در طي مراحل 2و3، عملا ويژگي ارتجاعي داشتند. تفاوتهاي نسبتا زياد ميان قرائتهاي اوليه و نهايي (جابه جائي ها و كرنشهاي دائمي) در تمامي مقاطع عرضي تحت 3 طرح بارگذاري تقريبا يكسان نبودند و سازه باربر در قياس با پلهاي معمولي بتني يا فولادي، مدت زمان بسيار بيشتري در مقابل خستگي مقاومت نمود. اين مسئله نشان مي دهد كه تفاوتها بيشتر به علت خطاهاي كوچك در قرائت و نيز خطاهاي وسايل اندازه گيري (تغييرات دما و رطوبت هوا در طول اندازه گيري ها) يا نسبت پي هاي نواري و در حد بسيار كمي به سبب جابه جائي ها و كرنشهاي دائمي خود سازه باربر به احتمال بسيار زياد بعلت سطح تماس غير هموار بين ورقهاي موجودار و پي هاي نواري هستند زيرا ورقهاي موجدار متصل شده بهم توسط پيچهايي با قابليت انبساط زياد، قاعدتا نبايد جابه جائي هاي دائمي قابل توجهي داشته باشند.
3- تفاوتها را مي توان به هماهنگي متناسب ميان پوسته فولادي، زمين و سطح جاده نسبت داد و همچنين به اين واقعيت كه ساختار سخت جاده به توزيع بار متمركز بزرگ روي سطح بسيار بزرگتري كه بيشتر از پيرامون سازه پوسته اي و سطح اندازه گيري پوشيده توسط وسائل اندازه گيري نيز
فراتر مي رود، كمك مي كند. بنابراين كرنشهايي كه مستقيما ناشي از چرخهاي وسائط نقليه وارد بر پوسته بودند، كاهش داده شدند. علاوه بر اين، انعطاف پذيري ساختار پوسته فولادي بطور مطلوبي بر تحمل بارهاي بهره برداري اثر گذاشته و پديده load arching (انتقال بار بين خاكهاي اطراف كانال) خودش را در زمين به وضوع نشان داد.
4- تغيير مكانهاي دائمي (كمتر از 2% تغيير شكل كل) اندازه گيري شده در نقاط و مقاطع عرضي مشخصي از ساختار پوسته فولادي در پل تحت آزمايش، تفاوتهاي بسيار جزئي با يكديگر داشته و با تغيير شكلهاي ارتجاعي تناسبي نداشتند. خط تغيير شكلهاي ارتجاعي عرضي در سازه پوسته اي تحت بارهاي خاك بدست آمده از اندازه گيري ها، داراي شكل قوسي (منحني) بود (منحني بروكن)
