بخشی از مقاله
چکیده.
در این مقاله ضریب ظرفیت باربری شالوده های حلقوی با استفاده از روش مشخصه های تنش مورد بررسی قرار گرفته است. خاک بستر شالوده یک خاک رسی با معیار گسیختگی موهر-کولمب میباشد که مقاومت برشی زهکشی نشده آن با نرخ های متفاومت در عمق افزایش می یابد و در این مقاله برای اولین بار با روش مشخصه ها برای شالوده های حلقوی مورد بررسی قرارگرفته است.
طیف وسیعی از مشخصات بستر و نیز شالوده مورد ارزیابی قرار گرفته است که نتایج آن در قالب گراف ها و جداول ارائه شده است. مطابق تحلیل های انجام شده و بررسی نتایج هرچه نرخ افزایش مقاومت برشی در عمق بیشتر باشد ظرفیت باربری نیز بالاتر خواهد بود، همچنین هرچه نسبت قطر داخلی به قطر خارجی شالوده حلقوی کمتر شود ضریب ظرفیت باربری روند افزایشی خواهد داشت. نتایج بدست آمده در این مقاله با سایر نتایج موجود مقایسه شده است که به میزان قابل قبولی به هم نزدیک می باشند.
-1 مقدمه.
ارزیابی و تحلیل شالوده های حلقوی برای کاربردهای مهندسی از اهمیت زیادی برخوردار میباشد. این شالوده ها اغلب جهت نگهداری سازه های دارای تقارن محوری کاربرد دارند، سازه هایی نظیر برجهای خنک کننده، مخازن ذخیره،ایستگاه های رادار، پایه های انتقال برق، سیلوها و ... . این شالوده ها نسبت به شالوده های دایروی بدلیل حجم کمتر مصالح با وجود حفظ کارآیی بهینه خود از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر هستند.
این شالوده ها بسته به بازشدگی داخلی خود میتوانند فرم های متفاومتی داشته باشند، از یک تیر دایروی نسبتا باریک تا یک شالوده گسترده دایروی توپر. ظرفیت باربری شالوده های حلقوی فقط به هندسه شالوده وابسته نیست و عوامل دیگری نظیر سربار، مشخصات مقاومتی خاک بستر و زبری کف شالوده-بستر بر آن اثر میگذارند.
تاکنون برخی محققان با روش های مختلف عددی و آزمایشگاهی به بررسی ظرفیت باربری شالوده های حلقوی پرداخته اند. برخی محققان به نشست الاستیک شالوده های نواری را ارزیابی کرده اند [1] Egorov - ، [2] Milovic و Hataf . - [3] Bowles و[4] Razavi با استفاده از تعدادی مدلسازی آزمایشگاهی به بررسی شالوده های حلقوی در شرایط مختلف پرداختند، آنها شکل بستر گسیخته شده زیر شالوده را بررسی و بصورت نیمه تجربی به تعیین ظرفیت باربری این شالوده ها پرداختند، ایشان همچنین به روش المان محدود نیز شالوده های حلقوی را مورد بررسی قرار دادند.
Hataf و [5] Boushehrian ظرفیت باربری شالوده های حلقوی واقع بر بستر ماسه ای مسلح شده را به کمک مدل های آزمایشگاهی همراه با تحلیل عددی نتایج مورد ارزیابی قراردادند. Kumar و [6] Ghosh با استفاده از روش مشخصه های تنش ضریب ظرفیت باربری را برای شالوده های حلقوی در دو وضعیت smooth و rough بدست آوردند. [7] Karaulov جداول و فرمول هایی را برای تعیین ظرفیت باربری شالوده های حلقوی ارائه نمود، وی از داده های آزمایشگاهی را برای تعیین فشار حدی یک صفحه حلقوی بهره برد.
Zhao و [8] Wang با استفاده از یک کد تفاضل محدود در محیط FLAC به بررسی ضریب ظرفیت باربری شالوده های حلقوی واقع بر بستری غیرچسبنده، اصطکاکی و قابل سنجش پرداختند. Benmebarek و همکاران [9] با استفاده از محاسبات عددی توسط یک کد در برنامه FLAC ضریب ظرفیت باربری شالوده های حلقوی را در دو حالت smooth و rough ارزیابی نمودند، مطابق مطالعه ایشان ضریب با افزایش نسبت قطر داخلی به قطر خارجی شالوده حلقوی بطور قابل ملاحظه ای کاهش میابد، همچنین مقدار ضریب ،بخصوص در مواردی که زاویه اصطکاک داخلی خاک بالاتر است، در حالت rough به میزان قابل توجهی از حالت smooth بیشتر است.
Sawwaf و [10] Nazir به مطالعه آزمایشگاهی شالوده های حلقوی تحت بارگذاری خارج مرکز پرداختند که بر بستری شامل یک لایه ماسه کوبیده شده مسلح روی یک لایه ماسه سست قرار دارند، مطابق بررسی ایشان رفتار این نوع شالوده تحت بارگذاری خارج از مرکز با افزایش عمق و چگالی نسبی لایه ماسه متراکم بالایی بطور قابل توجهی بهبود میابد.
Kumar و [11] Chakraborty با استفاده از تحلیل حدی با حد بالا و حد پایین در ترکیب با المان محدود و بهینه سازی خطی به بررسی شالوده های حلقوی در هر دو وضعیت smooth و rough پرداختند. مطابق مطالعه ایشان، در حالت smooth و نیز حالت rough با نسبت قطر داخلی به قطر خارجی بزرگتر از 0.2 با افزایش نسبت قطر داخلی به خارجی بزرگی بار گسیختگی بطور پیوسته کاهش میابد. [12] Hosseininia با استفاده از شبیه سازی عددی توسط روش تفاضل محدود به بررسی ظرفیت باربری شالوده های حلقوی واقع بر بستری اصطکاکی و چسبنده پرداخت.
در این مقاله با استفاده از روش مشخصه ها ضریب ظرفیت باربری شالوده های حلقوی در حالت smooth مورد بررسی قرار گرفته است. خاک بستر شالوده یک خاک صرفا چسبنده میباشد که مقاومت برشی آن با عمق افزایش میابد. در دروش مشخصه ها علاوه بر بار گسیختگی، شکل سطح گسیختگی نیز بدون نیاز به فرض اولیه درمورد آن بدست می آید که برای شالوده های حلقوی بصورت دوطرفه بدست آمده است.
-2 تعریف مساله.
شالوده مورد بررسی در این مطالعه، یک شالوده حلقوی با قطر داخلی و قطر خارجی می باشد. بستری که شالوده بر آن قرار گرفته یک خاک ایزوتروپ رسی صرفا چسبنده با مقاومت برشی در تراز قرارگیری شالوده میباشد که دارای وزن مخصوص می باشد و مقاومت برشی آن بصورت خطی و با نرخ k در عمق افزایش می یابد، بنابراین مقاومت برشی در عمق z از تراز قرارگیری شالوده برابر است با . مرز کف شالوده-خاک کاملا smooth می باشد و زمین مجاور شالوده تحت سربار یکنواخت q قرار دارد. در این مقاله درجه غیرهمگنی خاک رسی با استفاده از پارامتر بی بعد تعریف میشود که در آن می باشد. ضریب ظرفیت باربری در این مطالعه بصورت زیر تعریف می شود که در آن Q بار گسیختگی شالوده می باشد.
