بخشی از مقاله
خلاصه
سدهاي بتنی به عنوان یکی از استرتژیک ترین و مهمترین سازههاي عمرانی، از جمله انواع سازههاي موردهجوم پدیده واکنش قلیایی سنگدانهها نیز شناخته میشوند. پدیده واکنش قلیایی سنگدانه ها یکی از عوامل فساد بتن شناخته میشود. ا ین پدیده که نسبت به گذر زمان رشدي تدریجی و آرام دارد قادر است تا خواص مکانیکی بتن همچون مقادیر مدول الاستیسیته و مقاومت کششی را تغییر دهد و نیز با ایجاد یک انبساط حجمی در المانهاي بتنی، تغییرات پیشبینی نشده و نامطلوبی را در سازه ایجاد نماید.
اثرات واکنش مذکور وابستگی شدیدي به پاسخهاي سازه موردهجوم، همچون تنش-هاي وارده بر المان و نیز وضعیت تركخوردگی بدنه، نشان میدهد. براین اساس، در پژوهش کنونی کوشش شده تا اندرکش این پدیده با رفتارلرزهاي سازه به تفصیل بیشتري موردبررسی قرارگیرد. در این راستا با استفاده از روش اجزاء محدود یکی از نرمافزارهاي عددي گسترش داده شده تا براي شبیه- سازيهاي موردنیاز در تحقیق مورد بهرهبرداري قرار گیرد.
1. مقدمه
بررسی عملکرد سازهاي و ایمنی سدهاي بنتنی قوسی یکی از مهمترین دغدغهها و چالشهاي مهندسین سازه و متصدیان این ابرسازهها میباشد. در این میان، عملکرد سدهاي آسیب دیده از پدیده واکنش قلیایی سنگدانهها نگرانیها در این رابطه را دوچندان خواهدنمود. بارهاي دینامیکی ناشی از زلزله از جمله مهمترین و تاثیرگذارترین نیروها در زمان طراحی و یا ارزیابی ایمنی سدهاي بتنی بوده و پاسخهاي سازهاي را بشدت تغییر میدهد. واکنش قلیایی یک پدیده تاثیرپذیر از رفتار سدهاي بتنی بوده و از اینرو بررسی همزمان آن با بارهاي لرزهاي در سازههاي موردهجوم، موضوع مطالعه کنونی میباشد.
در این رابطه، Mall و Wieland یک سد قوسی-وزنی را در حالتهاي خطی و غیرخطی مدلسازي کرده اند. در این مطالعه، انبساط حجمی ناشی از AAR با استفاده از روش معادل حرارتی و بصورت یکنواخت در کل پهنه بدنه سد شبیهسازي شدهاست Parvini .[1] و همکاران رفتار لرزهاي یک سازه هیدرولیکی تحت هجوم AAR را به عنوان یک مطالعه موردي مورد پژوهش قرار داده اند. در طول دوره استاتیکی پیش از زلزله، اثر پدیده واکنش قلیایی نیز شبیهسازي شدهاست اما تغییرات احتمالی اثر AAR در زمان زلزله یا رفتار پس-لرزهاي سازه مورد تاکید نبودهاست .[2] همزمان با معرفی مدل پیشنهادي خود، Saouma و Perotti یک برنامه کامپیوتري بر پایه روش اجزاء محدود را گسترش داده و قابلیت شبیهسازي اثر AAR را به آن اضافه نمودند.
تحقیقات ارائه شده براي بررسی نتایج مدل پدیدارشناسانه پیشنهادي و بررسی عملکرد سازههاي آسیبدیده رضایتبخش میباشد اما عملکرد لرزه-اي سازههاي موردهجوم AAR در این مطالعات مورد ارزیابی قرار نگرفتهاست .[5- 3] در مطالعهاي که توسط Jinting و همکارانش به انجام رسیدهاست، ایمنی لرزهاي یک سد قوسی متاثر از پدیدههاي ایجاد کننده زوال در بتن با استفاده از مدل پیشنهادي بررسی شدهاست .[6]
در مقاله حاضر، پیش از هر چیز، با استفاده از مدل پدیدارشناسانه Saouma-Perotti یکی از برنامههاي کامپیوتري عددي گسترش دادهشده تا توانایی شبیهسازي اثر AAR در یک آنالیز وابسته به زمان در آن ایجاد گردد. نرمافزا ر مذکور بر پایه روش اجزا محدود بوده و تواناییهاي آن در تحلیل-هاي حرارتی، استاتیکی و دینامیکی سدهاي بتنی پیش از این در تحقیقات متعددي به اثبات رسیده و صحتسنجی شدهاست .
[9-7] در گام بعدي، با انجام یک آنالیز استاتیکی وابسته به زمان در 30 سال از طول عمر یک سد قوسی موجود، با فرض متاثر بودن از پدیده واکنش قلیایی سنگدانهها، شرایط آن در زمانهاي مختلف مورد سنجش قرار گرفته و سپس با توجه به میزان رشد AAR در آن، بار زلزله یکسانی در زمانهاي مختلف به آن اعمال شدهاست. در انتها سعی شده تا با مقایسه پاسخهاي مرتبه اول و ثانوي سد مورد بررسی، رفتار سد مورد ارزیابی قرار گرفتهاست.
با درنظر گرفتن گام زمانی 0/02 ثانیه، آنالیز لرزهاي موردنظر مشتمل بر 583 مرحله پیاپی خواهدبود. اگرچه در زمان بسیار کوتاه زلزله، امکان پیشرفت پدیده واکنش قلیایی سنگدانه ها و افزایش حجم ژل وجود ندارد، اما در این مدت امکان تغییر محدودیتهاي حاصل از تنش بر روي المانها بسیار محتمل بوده و در این مطالعه کوشش شده تا این اثر در روند آنالیزها ملحوظ گردد.شایان ذکر است که در آنالیزهاي صورتگرفته، مقدار ضریب میرایی برابر % 5 فرض شده و مقادیر و براي محاسبه ماتریس میرایی به روش رایلی بترتیب برابر با 0.94248 و 0.00199 درنظر گرفته شدهاند. مقادیر PGA در شتابنگاشت جهات افقی برابر 0/2 و براي جهت قائم برابر با مقدار 0/11 اعمال شدهاست. معیار همگرایی براي بخشهاي سازهاي مدل در آنالیزهاي عددي صورتگرفته براساس نیرو و تغییرمکان و براي بخش سیال براساس فشار میباشد.
3. مدلسازي پدیده واکنش قلیایی سنگدانهها
چنانچه پیش از این نیز اشاره گردید، مدل پدیدارشناسانه Saouma-Perotti براي شبیه سازي پدیده واکنش قلیایی سنگدانهها مورد استفاده قرار گرفته است. این مدل با لحاظ نمودن هر دو عامل تجربیات آزمایشگاهی و یافتههاي تئوریک در خصوص این واکنش، سعی در ارائه روابطی مستحکم که منطبق بر رفتار واقعی این پدیده است را دارا میباشد.
