بخشی از مقاله
خلاصه
در پدیده اندرکنش خاک سازه، مدلسازی مجموعه خاک و سازه یکی از مسائل مهم در حیطه ژئوتکنیک و سازه میباشد. بنابراین استفاده از نرمافزارهای تخصصی مکانیک خاک دارای اهمیت میباشد که از آن جمله میتوان به نرمافزار PLAXIS اشاره نمود.
در این پژوهش به بررسی عملکرد نرمافزار PLAXIS در مباحث اندرکنش خاک سازه پرداخته شده است. در ابتدا به بررسی و مقایسه نتایج تحلیل تیر با شرایط تکیهگاهی متفاوت براساس نرمافزار PLAXIS و روشهای تحلیل کلاسیک سازهها پرداخته شده است و سپس دو قاب ساختمانی ساده و پنج دهانه 17 طبقه در دو نرمافزار PLAXIS و ETABS مدلسازی و تحلیل گردید. که مقایسه نتایج حاصل از روابط کلاسیک تحلیل سازهها و نرمافزار ETABS با مقادیر نرمافزار PLAXIS مطابقت مناسبی داشته و بیانگر این مطلب است که نتایج نرمافزار PLAXIS در مباحث اندرکنش خاک سازه، میتواند مورد اتکا قرار گیرد.
1. مقدمه
در تحلیلهای متداول دینامیکی سازهها، بطور معمول فرض میشود که خاک زیر شالوده صلب است و از اثرات انعطافپذیری خاک چشمپوشی میشود در این حالت پاسخ سازه متاثر از خواص دینامیکی خود سازه است و انعطافپذیری خاک، تأثیری در پاسخ سازه ندارد این مورد در حالتی صحیح است که ساختمان بر سنگ بنا شده باشد اما در صورتی که سازه بر خاک نرم متکی باشد پاسخی کاملا متفاوتی دارد. لذا سازه با خاک پیرامون خود در اندرکنش بوده و تغییراتی را در حرکات پایه ایجاد خواهد نمود و پاسخ خاک تحت تأثیر حرکت سازه و پاسخ سازه تحت تأثیر حرکت خاک قرار میگیرد،که این روند به اندرکنش خاک سازه مشهور است. اندرکنش خاک سازه پاسخ های سازه را تا حد قابلتوجهی تغییر میدهد.
در سال 1904، lamb ارتعاش الاستیک را بررسی کرد [1]، که این پژوهش آغازی برای موضوع دینامیک خاک تصور میشود، در سال 1936 بر پایه مطالعات Lamb، Reissner ارتعاش پی صلب دایرهای بر روی محیط الاستیک سطحی را مورد بررسی قرار داد که این موضوع آغاز مطالعات اندرکنش خاک سازه میباشد
روشهای تحلیل اندرکنش خاک سازه به دو روش مستقیم و روش چندگامه یا زیر سازه طبقهبندی میشود. در روش مستقیم، کل سیستم سازه پی خاک بطور همزمان مدل میشوند و در یک گام منفرد تحلیل میگردند. نمونهای از این روش، روش المان محدود میباشد. مزیت عمده این روش امکان فرض رفتار غیرخطی برای مصالح خاک و سازه برخلاف روش چندگامه و همچنین امکان مدلسازی هندسه های پیچیده میباشد
در طول سه دهه اخیر مطالعات گستردهای برای تعیین مشخصات مهندسی اثرات اندرکنش خاک و سازه به عمل آمده است .در این مطالعات مدل های مختلفی برای سازه، فونداسیون و خاک با توجه به نوع تحلیل خطی و غیرخطی در نظر گرفته شده است.
با توجه به مطالب بیان شده بررسی اثر اندرکنش خاک و سازه بسیار مهم ارزیابی شده و در حالت کلی قابل صرف نظر کردن نمیباشد. مدلسازی مجموعه سازه و خاک یکی از مسائل مهم در حیطه ژئوتکنیک و سازه میباشد. در نتیجه نرمافزارهای تخصصی مکانیک خاک جهت مدلسازی عددی که دارای کاربرد مدل سازی ژئوتکنیکی و هم سازهای باشد در اولویت قرار دارند. در این پژوهش به بررسی عملکرد نرمافزار ژئوتکنیکی PLAXIS در مباحث اندرکنش خاک سازه پرداخته شده است. در ابتدا عملکرد نرمافزار در مدلسازی یک تیر ساده و قاب ساختمانی مورد ازریابی قرار گرفته و در ادامه مدلسازی یک قاب 17 طبقه صورت گرفته است.
2. بررسی صحت نرمافزار در مدلسازی تیر یک دهانه
برای صحت نرمافزار در مدلسازی تیر یک دهانه دو مساله فرض میشود. الف - تیر با شرایط تکیهگاهی ساده و ب - تیر با شرایط تکیهگاهی گیردار میباشد. دو نوع بارگذاری متفاوت شامل بار متمرکز در مرکز دهانه و بار گسترده برای مدلسازی هریک از مسائل فرض شده است. برای بررسی و مقایسه مقادیر خیز و لنگر حاصل از تحلیل عددی از روابط کلاسیک تحلیل سازه ها استفاده کردیم. مشخصات این تیر به شرح جدول 1 میباشد.
جدول 1 مشخصات تیر مورد نظر جهت مدلسازی و تحلیل
مشخصات ارائه شده در جدول 1 برای تیرهای دو سر ساده و دو سرگیردار ثابت در نظر گرفته شده است. جهت مدل کردن تیرها با شرایط تکیهگاهی متفاوت در نرمافزار PLAXIS یک توده بلوک منفرد برای بوجود آوردن هندسه استفاده میشود زیرا تیرها نمی توانند به تنهایی مورد استفاده قرار گیرند و وجود خاک جهت مشبندی الزامی میباشد. یک مش درشت برای مدل کردن کافی است. ابتدای تحلیل توده خاک غیرفعال شده بنابراین تنها تیرها باقی میمانند.
الف - تیر با شرایط تکیهگاهی دو سر ساده
روابط تحلیل کلاسیک سازه ها برای محاسبه حداکثر خیز و حداکثر لنگر با بارگذاری متمرکز و گسترده مطابق فرمولهای - 1 - الی - 4 - میباشد
در این روابط max حداکثر خیز تیر، Mmax حداکثر لنگر تیر، F بار متمرکز، q بار گسترده، E ضریب ارتجاعی، I ممان اینرسی و L طول تیر میباشد. مقایسه و بررسی نتایج بدست آمده براساس نرمافزار PLAXIS با مقدار حاصل شده از روابط تحلیل کلاسیک سازهها برای حداکثر خیز تیر دو سر ساده با بارگذاری مختلف در جدول 2 ارائه شده است.
جدول 2 مقایسه حداکثر خیز تیر تحت شرایط تکیهگاهی دو سر ساده درنرمافزار PLAXIS و روابط کلاسیک تحلیل سازهها
مقایسه و بررسی نتایج بدست آمده براساس نرمافزار PLAXIS با مقدار حاصل شده از روابط تحلیل کلاسیک سازهها برای حداکثر لنگر تیر دو سر ساده با بارگذاری مختلف در جدول 3 ارائه شده است.
جدول 3 مقایسه حداکثر لنگر تیر تحت شرایط تکیهگاهی دو سر ساده درنرمافزار PLAXIS و روابط کلاسیک تحلیل سازهها
ب - تیر با شرایط تکیهگاهی دو سرگیردار
روابط تحلیل کلاسیک سازه ها برای محاسبه حداکثر خیز و حداکثر لنگر با بارگذاری متمرکز و گسترده مطابق فرمولهای - 5 - الی - 8 - میباشد
پارامترهای روابط - 5 - الی - 8 - در قسمت قبل معرفی شده است. مقایسه و بررسی نتایج بدست آمده براساس نرمافزار PLAXIS با مقدار حاصل شده از روابط تحلیل کلاسیک سازهها برای حداکثر خیز تیر دو سرگیردار با بارگذاری مختلف در جدول 4 ارائه شده است.
جدول 4 مقایسه حداکثر خیز تیر تحت شرایط تکیهگاهی دو سرگیردار درنرمافزار PLAXIS و روابط کلاسیک تحلیل سازهها
مقایسه و بررسی نتایج بدست آمده براساس نرمافزار PLAXIS با مقدار حاصل شده از روابط تحلیل کلاسیک سازهها برای حداکثر لنگر تیر دو سرگیردار با بارگذاری مختلف در جدول 5 ارائه شده است.
جدول 5 مقایسه حداکثر لنگر تیر تحت شرایط تکیهگاهی دو سرگیردار درنرمافزار PLAXIS و روابط کلاسیک تحلیل سازهها
