بخشی از مقاله
چکیده:
از جمله مزایای استفاده از پیهای رادیه-شمع عبارتست از کاهش نشست کلی و تفاضلی،افزایش ظرفیت باربری شالودههای سطحی و همچنین کاهش تنشهای داخلی و لنگرهای اعمالی در پیهای رادیه، است. در این گونه فونداسیونها رادیه به همراه شمعها طوری ترکیب میگردد که هر دو همزمان در تأمین باربری و کاهش نشستهای کلی و تفاضلی ایفای نقش نمایند.
هنگامی که نیروهای برشی و خمشی بزرگی وجود دارد،برای تامین ظرفیت برش و خمش در شمع ها باید قطر آن ها را در محل اتصال به رادیه افزایش داد و این باعث افزایش قطر و در نتیجه افزایش استفاده از مصالح و غیر اقتصادی شدن فونداسیون های رادیه شمع متداول - دارای شمع های بتنی یا فولادی - می شودلذا استفاده از پیهای رادیه همراه با شمع های اختلاط عمیق که یکی از روشهای نوین بهسازی خاک میباشد، روشی مناسب جهت تأمین ظرفیت باربری مورد نیاز و همچنین ارضای نشست مجاز خاک میباشد.
در این تحقیق با استفاده نرمافزار FLAC3D ورژن 3 روشی جهت شبیهسازی عددی این گونه فونداسیونها ارائه شده و نکات و تکنیکهای شبیهسازی مورد بررسی قرار گرفته است. در بررسی تأثیرات فاصله شمع های اختلاط عمیق مشاهده شد که با افزایش فاصله شمع های نشست بیشینه افزایش مییابد همچنین با بررسی نمودار بار-نشست برای فواصل مختلف شمع ها مشاهده شد که فاصله شمع های اختلاط عمیق در فونداسیون رادیه شمع از 7D نباید بیشتر در نظر گرفته شود و برای کمترین فاصله بین شمع ها با توجه به اختلاف بسیار ناچیز نشست در فواصل 2.5D و 3D مقدار 3D انتخاب شد.همچنین افزایش فاصله بین شمع ها باعث افزایش نشست مرکزی بخش رادیه و کاهش نشست تفاضلی می شود.
1 مقدمه
چنانچه پی های سطحی تحت بارهای سنگینی قرار گیرند یا برروی خاکهای رمبنده یا فرو ریزشی قرارگیرند، قادر به تحمل بارهای وارده نبوده و یا اینکه نشست ها بیشتر از حد مجاز می شود،اگر از تعدادی شمع در زیر شالوده سطحی استفاده شود و در تحلیل و طراحی این نوع شالوده ها سهم باربری شالوده سطحی نیز در نظر گرفته شود، سیستمی به وجود میآید که در علم ژئوتکنیک رادیه-شمع نامیده میشود
در حالت کلی مزایای پیهای رادیه-شمع عبارتست از کاهش طول شمع های مورد نیاز نسبت به حالت استفاده از گروه شمع، کاهش حداکثر نشست و نشست های تفاضلی شالوده های سطحی، یک روش اقتصادی، برای کاهش تنش های داخلی و لنگرهای اعمالی بر رادیه با آرایش بهینه شمع ها در زیر رادیه و همچنین افزایش باربری پی سطحی با کمک شمع های زیر پی
به دلیل طبیعت ترکیبی پی رادیه-شمع و همچنین اندرکنشهای بین رادیه و شمعها، تخمین ظرفیت باربری رادیه شمعها به راحتی امکانپذیر نیست و نیازمند در نظر گرفتن پارامترهای طراحی خاصی از قبیل پیکربندی پی، شرایط خاک و اثرات اندرکنش - شامل اندرکنش بین شمع با شمع، شمع با بخش رادیه، خاک با بخش رادیه و شمع با خاک - می باشد. به دلیل اینکه رادیهها و شمعها هر دو در رفتار انتقال بار رادیه-شمع شرکت دارند، سهم بار منتقلشده از هر قسمت یک پارامتر کلیدی در طراحی است.
محققین مختلفی بر روی بررسی رفتار پیهای رادیه-شمع با شمعهای بتنی و فولادی کار کردهاند. شمع های فولادی و بتنی بهتر است به منظور تسلیح خاک و بهسازی آن به کار روند و سعی شوداز جنبه ژئوتکنیکی آن استفاده شود،اما زمانیکه نیازمند مقطعای بزرگ که بتواند جوابگوی نیروهای بزرگ برشی و خمشی بزرگ باشداستفاده از شمع های فولادی و بتنی با مقطع بزرگ به صرفه نبوده واز رادیه همراه با شمعهای اختلاط عمیق1 که یکی از روشهای نوین بهسازی بستر می باشد استفاده میشود.
از جمله مزایای شمعهای اختلاط عمیق عبارتست از:افزایش ظرفیت باربری خاک،کاهش نشست خاک بر اثر سربار، جلوگیری از روانگرایی،سرعت اجرا بسیار بالا،هزینه اجرای بسیار کمتر از موارد مشابه و ... لذا در این تحقیق به شبیهسازی عددی پیهای رادیه همراه شمعهای اختلاط عمیق پرداخته شده است. در شکل - - 1 نمونهای از نحوه چیدمان اختلاط عمیق و همچنین در شکل - - 2 نمونهای از پروژه اختلاط عمیق آورده شده که در این پروژه 1000 ستون با طول 13 متر و قطر 1,3 متر استفاده شده است.
شکل - : - 1 نمونهای از نحوه چیدمان اختلاط عمیق
شکل - : - 2 پروژه ای از اختلاط عمیق
.2معرفی نرمافزار استفاده شده در این تحقیق
در این تحقیق جهت شبیهسازی عددی پیهای رادیه با شمعهای اختلاط عمیق از نرمافزار FLAC3D ورژن 3 استفاده شده است. این نرمافزار سه بعدی براساس روش عددی تفاضلهای محدود2 استوار است. با استفاده از آن میتوان رفتار محیطهای سه بعدی ساخته شده از خاک، سنگ یا سایر مواد را که حد تسلیم آنها به صورت جریان پلاستیک است، را مدل نمود. مصالح در این نرمافزار با المانهای چند وجهی در یک شبکه سه بعدی قرار داده میشود. هر المان میتواند در پاسخ به نیرو با شرایط مرزی اعمال شده، رفتار تنش کرنش خطی یا غیر خطی داشته باشد. مصالح میتوانند تسلیم و جاری شوند و شبکه میتواند در حالت کرنش بزرگ3 تغییر شکل داشته باشد.
در نرمافزار FLAC3D دستورات به صورت نوشتاری4 وارد میشود، و از امکانات گرافیکی برای رسم منحنیهای مورد نظر، دیدن هندسه مساله، چاپ کردن و ارزیابی فایل استفاده میگردد.
.3روش شبیهسازی پی رادیه همراه با شمع اختلاط عمیق
استفاده از تکنیکهای مدل سازی برای استفاده از نرمافزار در موضوعات خاص، تا حدودی سلیقهای است و کاربر با توجه به تواناییهای خود و نرمافزار ممکن است روش متفاوتی برای مدلسازی اختیار کند.در این تحقیق کلیه موارد ساخت هندسه مدل،ایجاد سطح اینترفیس،ایجاد زون انتقال در حالت طرح اختلاط عمیق ، اعمال بار، محاسبه نشست و سهم باربری شمع ها با استفاده از کد فیش نرمافزار FLAC 3D اعمال شده است.
1-3 شبیهسازی خاک
جهت شبیهسازی رفتار خاک از مدل الاستو پلاستیک موهر- کولمب5 استفاده شده است. این مدل از جمله مهمترین مدلهایی است که تاکنون در مورد مصالح خاکی یا سنگی به کار رفته و نتایج حاصل از آن نیز با آنچه در طبیعت رخ داده، تطابق نسبتاً خوبی را نشان داده است.
2-3 مدلسازی شمع، سرشمع
در این تحقیق برای مدلسازی شمع، سرشمع و خاک از المان Solid استفاده شده است. همچنین میتوان شمع را با المان Structural نیز مدل کرد ولی در این تحقیق، با توجه به اینکه در روش اختلاط عمیق 6 محیط مورد نظر به صورت ستونهای یکپارچه خاک مخلوط شده با دوغاب سیمان میباشد، برای مدلسازی درست و منطقی آن باید از المان های solid استفاده شود و همچنین المانهای Structural , Solid با هم ناسازگاری دارند و در ابتدای کار با این المان میدانهای تنش ناشی از وزن شمع و خاک، ناپیوسته به دست آمد به همین دلیل تصمیم گرفته شد که در تحلیلها از این المان استفاده نشود.
3-3 مدل کردن سطح تماس شمع و خاک
برای مدل کردن سطح تماس شمع و خاک سه روش وجود دارد:
-1 شمع نسبت به خاک لغزش ندارد که در این صورت از دستور Attach استفاده میشود و این دستور باعث میشود که تغییر مکان نسبی شمع نسبت به خاک صفر شود.
-2 شمع نسبت به خاک لغزش دارد. در این روش برای مدل کردن تغییر مکان نسبی شمع و خاک از المان سطح تماس7 استفاده شده است.
-3 در حالت ایجاد شمع های اختلاط عمیق که بخش عمده و اصلی این تحقیق است از یک زون انتقال به ضخامت 0,1 برابر قطر شمع، پیرامون شمع استفاده شده است که پارامترهای این ناحیه به صورت خطی از سطح شمع تا خاک تغییر می کنند و همچنین مدل رفتاری این ناحیه نیز همچون شمع و خاک موهر-کلومب در نظر گرفته شده است.
در این تحقیق به دلیل اینکه سطح مقطح شمع، دایرهای است برای حالت شمع های معمولی - بتنی - از المان اینترفیس استوانهای برای جدار شمع و المان اینترفیس دایرهای برای تماس نوک شمع با خاک استفاده شد. برای محاسبه پارامترهای صحیح مقاومتی اینترفیس مدلهای بسیار تحلیل گردیده و حساسیت این پارامترها مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت براساس نوع خاک و پارامترهای مقاومتی آن و همچنین شمع، پارامترهای صحیح المانهای اینترفیس تعیین شده است.
.4صحتسنجی و مثال عددی
-1-4 صحتسنجی مدل
این مثال توسطJeong و Cho در [4] مطرح شده است. مشخصات خاک،شمع ها و همچنین رادیه در جدول - - 1 آورده شده است. هندسه شمعهای در نظر گرفته به صورت 3*3 با طول 16 متر میباشد که شمع-ها در فاصله 3d از یکدیگر قرار گرفتهاند. مقایسه نتایج تحلیل با برنامه FLAC 3D و جوابهای مرجع که در شکل - - 3 نشان داده شده است، نشاندهنده عملکرد خوب شبیهسازی در این روش میباشد.
