بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله پس از مرور مختصری به تحلیلهای صورت گرفته در خصوص مدلسازی درزهای قائم انقباضی در سدهای بتنی دو قوسی، به نحوه کاربرد این روش در نرمافزار آباکوس اشاره گردیده و در ادامه، اطلاعات حاصل از تحلیلهای تئوریک را با دادههای واقعی سد موروپوینت مورد بررسی قرار داده، در واقع به منظور انطباق نتایج مدل با واقعیت و نیز کاهش تنشهای غیرواقعی بدنه سد، مراحل ساخت سد مدل شده است، مقایسه خوبی صورت گرفته و نتایج قابل قبولی ارائه شده است.
1. مقدمه
سدهای قوسی توسط بلوکهای مرتبط چندتایی و ناپیوسته و اتصالات قائم و اتصالات بستری به بخشهایی تقسیم میشوند. نمونه چنین سطوح موضعی، معرف مکانیزمهای گسیختگی احتمالی سدها بوده و باید تحت مطالعات عددی قرار گیرند. تنها با این رویکرد میتوان نشان داد که چگونه یکپارچگی سد تأمین میشود و اینکه این قطعات تا چه مقاومتی در برابر فشار هیدرواستاتیک تحمل میکنند و نحوه انتقال نیرو به تکیه گاهها به چه نحوی صورت میگیرد، عملکرد قوسها و طرهها به چه میزان شکل میگیرد بخش زیادی از آن به نحوه ساخت قطعات بستگی دارد.
برای دوری از گسترش تنشهای کششی در بتن غیر مسلح که ناشی از انقباض یا خزش بتن و به دلیل تغییر درجه حرارت در بتن حجیم،بوده سدهای قوسی به صورت قطعات جدا ساخته میشوند و بین آن قطعات، درزهایی با نام درزهای انقباض درنظر گرفته میشود. وجود درزهای قائم انقباضی که بین بلوکهای سد قرار میگیرند از گسترش تنشهای کششی بدنه در جهت قوس جلوگیری میکند، چرا که مقاومت کششی این درزها بسیار محدود و معمولاً کوچکتر از مقاومت کششی بتن است
محققین گروه تسینگوا - 1 وانگ و لی2،چن و همکاران، شنگ و همکاران - - 2015 - رفتار بازشدگی درزههای انقباضی سدهای قوسی را توسط آزمایش میز لرزان، بررسی نمودند. در همه آنالیزهای این گروه، بازشدگی قابل توجه درزهای انقباض مشاهده شده است. در همه این آنالیزها رفتار بتن الاستیک خطی و فونداسیون بدون جرم لحاظ شده است، توده فونداسیون نامحدود و مدل غیریکنواخت مرزی فنر- ویسکوزیته برای بازشدگی درزهای انقباض شبیه سازی شده است.
لبیبزاده و خواجه دزفولی - 2011 - به بررسی اثر درزهای انقباض بر پایداری استاتیکی حرارتی سد قوسی کارون 1 پرداختند. در این مطالعه اثرات بارهای حرارتی با استفاده از روش المان محدود سه بعدی بررسی شده است. هندسه کامل بدنه سد، رفتار مصالح و شرایط مرزی و نیز انتقال حرارت سه بعدی در طول بدنه سد با استفاده از آباکوس مدل شد. نتایج این مطالعه نشان داد درزهای انقباضی تأثیر زیادی روی پاسخ حرارتی استاتیکی سدهای قوسی دارد و لحاظ نکردن آن در مدل منجر به خطای محاسبات در تخمین تنش، تغییرمکان و در نهایت پایداری سد خواهد شد .
قیاسیان - 2008 - با استفاده از یک متد مناسب برای تحلیل غیرخطی درزهای انقباض تمامی پارامترهای اصلی درز را تعیین کردند و براساس آن مطالعات پارامتریک روی سد انجام دادند همچنین برای اصلاح مدل SDCJ الگوریتمی ارائه دادند که شباهت بیشتری به مدل فیزیکی داشته باشد و اثر وابستگی متغیرها را بهم لحاظ کند و دقت محاسبه را افزایش دهد تفاوت این مدل اصلاحی با مدلSDCJ ساده شده، تفکیک چسبندگی ناشی از کلید برشی و چسبندگی تزریق است.
میز1 و روهم - 1993 - 2 به بررسی اثرات درزهای انقباض در سدهای بتنی قوسی پرداختند. در مدلهای خطی وجود درزهای انقباض نادیده گرفته میشود، نتایج این مطالعه نشان داد مدلهای غیرخطی کاهش تنشهای کششی افقی، و افزایش تنشهای کششی عمودی بزرگتری، را در بر دارد
هوهبرگ - 1992 - 3 یک سد با هندسه و فرضیاتی مشابه وبر4 مورد بررسی قرارداد. او از یک مدل درزه با درنظرگرفتن لغزش اصطکاکی و جدایی و درنظرگرفتن ناهمواریهای زبری سطح درزه استفاده کرد. در این تحلیل مخزن سد مدل نشد. تأثیرکلید برشی با افزایش ارتفاع زبری نیز در نظر گرفته شده است .[5] رو5 و اسکریکر - 1984 - 6 به صورت عددی رفتار غیرخطی درزههای انقباض را مطالعه کردند. درزهها توسط المانهای گپ7 با طول صفر یا فنرهای مماسی و نرمال، بین بلوکهای سد مدل شدند.
فنرها دارای سختی محدود در فشار و سختی صفر در کشش بودهاند. در این مدل افت تنش در جهت مماسی به علت باز شدن درزهها در نظر گرفته نشده است .[6] با توجه به مطالعات محدود پیرامون بررسی عملکرد رفتار درزههای سدهای مسئلهدار در تزریق و با توجه به چالشها و نقاط مبهم پیشرو در این مبحث در حوزهی شناخت علت خسارت در سدهای موجود و یا پیش بینی مشکلات احتمالی سدهای تحت احداث در کشور، مطالعه در این زمینه امری ضروری است. لذا با توجه به پیشینه مطالعاتی ذکرشده در بالا، بررسی مکانیزم پاسخ سد در برابر مدلسازی اثرساخت،کاری بدیع در مقاله حاضر خواهد بود.
سدهای قوسی بصورت بلوک بلوک ساخته شده و در انتها بین بلوکها دوغاب سیمان تزریق میگردد تا سد بصورت یکپارچه عمل کند. این سدها معمولاً در درههای باریک با شیب زیاد و از جنس سنگ اجرا میگردد و میتواند در دو راستای عمودی و افقی قوس داشته باشند. حسن این سدها این است که اگر به هر علتی در بدنه آنها ترک ایجاد شود خود نیروی فشار اعمالی از جانب آب پشت سد باعث هم آمدن این ترکها میشود. اساس نیروی غلبه بر فشار آب در این سدها، انتقال این نیرو به دیوارههای دره و در حقیقت شکل هندسی سد است. برای بهبود دقت پیشگویی پاسخ یک سد قوسی به منظور بررسی کارایی متدولوژی ارائه شده برای سدهای قوسی، سد موروپوینت به عنوان یک سازه واقعی انتخاب و تحت شرائط مختلف
مدلسازی شده است.
این مقاله به بررسی رفتار استاتیکی محدود میشود. پارامترهای موثر بر درز انقباض شامل پارامترهای درز - اصطکاک، چسبندگی، سختی نرمال، سختی برشی و... - ، پارامترهای بتن بدنهی سد - وزن مخصوص، مدول الاستیسیته، پارامترهای مربوط به انتقال حرارت بتن و پی سد ،... - متغیرهای مصرفی در الگوریتم حل مسئله است. فرضیات مطرح به شرح ذیل است:
1. دره با شکل مقطع دلخواه و ثابت در طول فرض میشود.
2. فضای بدنهی سد و پی همگن فرض میگردد.
3. مصالح بتن و پی ایزوتروپیک با رفتار خطی فرض میگردند.
4. بتن بدلیل مدل شدن درزهها رفتار غیرخطی هندسی دارد.
5. تزریق درزها با در نظر گرفتن اصطکاک، چسبندگی و فاصله اولیه8صفر برای درزهها مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
6. بارهای مفروض محدود به بار وزن، فشارآب، تزریق و حرارت میباشد.
2. تاریخچهی سایت سد موروپوینت
سد بتنی قوسی موروپوینت در مسیر رودخانه گانسین 1و در ایالت کلرادو امریکا واقع شده است. این سد قوسی تقریباً متقارن و با یک مرکز قوس در هر تراز است. ارتفاع این سد 141/83 متر، عرض دره و زاویه مرکزی در تراز تاج به ترتیب برابر با 184متر و 133درجه، ضخامت تاج و ضخامت کف طره مرکزی به ترتیب 3/66 متر و 15/73متر میباشد
شکل:1 نمایی از سد موروپوینت
3. مشخصات هندسی سد موروپوینت
برای ترسیم سد دوقوسی موروپوینت جهت بررسی اثر هندسه روی نحوه توزیع تنشها و تغییرمکانهای طره مرکزی از روش ترسیم هندسه از طریق قوسهای داخلی و خارجی و بصورت سهبعدی،مطابق جدول - 1 - در محیط گرافیکی نرم افزار آباکوس استفاده شده و سایر پارامترهای مادی مدل بدنهی سدمتعاقباً درجدول - - 2 اشاره شده است.
جدول:1 مشخصات هندسی سد موروپوینت - برحسب - SI
