بخشی از مقاله
چکیده
در طراحی پی های سطحی، محاسبه نشست و ظرفیت باربری نهایی از اهمیت زیادی برخوردار است. تعیین ظرفیت باربری پیهای نواری یکی از مسائل کلاسیک مهندسی ژئوتکنیک میباشد. در این خصوص اولین بار در سال 1920 نتایج حاصل از مطالعات انجام شده در خصوص نفوذ یک جسم صلب در داخل مصالح نرم تر منتشر شد. پس از آن در سال 1943 نظریهی گسیختگی مطرح شده گسترش یافت و بدین وسیله ظرفیت باربری خاک برای شالوده های نواری و سطحی محاسبه شد.
تعیین ظرفیت باربری پی سطحی پارامتر مهمی درطراحی سازهها میباشد و تأثیر قابل توجه بر مقاومت سازه و اقتصاد طرح میگذارد . لذا با توجه به اهمیت این موضوع، در مطالعه پیش رو برای تعیین ظرفیت باربری روشهای متعددی توسط محققین مختلف ارائه شده است. ارزیابی فاکتور های ظرفیت استاتیکی و لرزه ای پی های نواری سطحی ارائه و مقایسه شد، ماتریس کواریانس تعریف شد، روش مونت کارلو ارائه شد، تابع چگالی معرفی شد، پارامترهای چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی بررسی شد، و روش ترزاقی با روش مونت کارلو مقایسه شد.
-1 مقدمه
با توجه به افزایش روز افزون جمعیت شهری و همچنین محدودیت های موجود بر سر راه توسعه سطحی - گسترش افقی - شهرها ضرورت احداث ساختمانهای بلند مرتبه و همچنین توسعه ارتفاعی شهرها به شدت احساس میشود تاجایی که مناطق شهری بزرگ، در دنیای امروز را نمیتوان بدون این گونه ساختمانهای بلند مرتبه تصور کرد. از آنجایی که در کشور عزیز ما ایران نیز امروزه نسبت جمعیتهای شهری به جمعیتهای روستایی و عشایری به شدت در حال افزایش است، لذا در چند دهه اخیر احداث ساختمانهای چندین طبقه، برج ها و آسمان خراشها درشهرهای بزرگ کشور ما ایران نیز رواج یافته است.
از آنجایی که این نوع سازهها با توجه به ارتفاع بلند و تعداد طبقات زیادی که دارند نیروهای بسیار زیادی را در سطوح محدودی به خاک منتقل میکنند لذا می بایست از روشها وراههایی مناسب برای انتقال هر چه بهتر این بارها به خاک استفاده کرد. زمین لرزه های گذشته نشان می دهد که پی های سطحی قابلیت تغییر شکل و شکست را، حتی در شرایطی که حرکت زمین موجب شروع روانگرایی خاک نمی شود را دارند . درحقیقت، با توجه به تغییرات بسیار سریع در جهت و دامنه ی لرزش به هنگام زلزله ، مقاومت برشی خاک زیر پی خاک مکررا و به صورت لحظه ای دچار شکست های آنی می شود که این امر باعث انباشتگی تجمعی تغییر شکل ها به صورت دائمی در خاک شده و شکست ظرفیت باربری کلی در خاک رخ نمی دهد. همین امر شناسایی پدیده ی اصلی را کمی پیچیده تر می کند
طراحی لرزه ای اصولی پی ها، نیازمند مدل سازی دقیق اندرکنش لرزه ای خاک و سازه به گونه ای است که منجر به رفتار غیر خطی تحت اثر بار دینامیکی شود. این چنین رویکردی بسیار پر هزینه و زمان بر بوده و تنها برای پروژه های با اهمیت بالا توصیه می شود. همچنین رویکرد ماکرو المانی اگرچه به عنوان یک ابزار کارآمد برای طراحی براساس عملکرد مطرح می باشد ، اما تاکنون به عنوان یک روش تحقیق مطمئن و کامل مطرح نبوده است
در تحلیل های معمولی ، ارزیابی ظرفیت باربری و رفتار لرزه ای سازه ی روی خاک به صورت جداگانه انجام می شود - Taylor et . - al,1996 ظرفیت باربری پی ها را می توان به وسیله ی سطح محدود در فضای پارامترهای بارگذاری، که توسط Pecker ارائه شده نشان داد، و یا با استفاده از فرمول معروف ترزاقی ارزیابی کرد. این فرمول برای نواری است که روی بستر خاک خشک و همگن قرار داشته و در معرض بار قائم - که به صورت یکنواخت توزیع می شود - است
در این رابطه : qult بار نهایی است که خاک می تواند رفتار پلاستیک صلب تحمل کند . Nq، Nc و Nγ فاکتورهای ظرفیت باربری هستند که به زاویه اصطکاک خاک وابسته هستند. و c به ترتیب وزن واحد و چسبندگی خاک هستند. B عرض پی و q فشار قائم - سربار جانبی - اعمالی بر سطح مجاور زیر پی است. متداول ترین روش های مورد استفاده در تعیین ظرفیت باربری پی ها روش های حدی هستند. این روش ها را می توان به چهار دسته عمده تقسیم کرد: روش تعادل محدود ، تحلیل محدود ، روش های عددی و روش مشخصه.
-2روش مشخصه
روش مشخصات از فرض سطوح لغزش اختیاری اجتناب می کند، و مناطقی را ایجاد می کند که در آن تسلیم پلاستیک و معادل بطور همزمان برای تنش های مرزی داده شده رضایت بخش هستند. همچنین، اثر نیروهای لرزه ای بر روی ظرفیت باربری پی ها می تواند در روش مشخصات وارد شود. تحقیقات مهم در این زمینه پژوهش کومار و موهان - Kumar and - Mohan,2002 ، کشاورز و جهان اندیش - - Jahanandish and Keshavarz,2005 می باشد.
کشاورز و همکاران ظرفیت باربری لرزه ای پی های نواری قرار گرفته بر روی خاکهای مسلح را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. آنها نشان دادند که ظرفیت باربری نهایی در اثر مسلح سازی توسط معرفی ضریب ظرفیت باربری دیگری، Nt افزایش می یابد
تحلیل ظرفیت باربری لرزه ای پی نواری معمولا با فرض خاک همگن یا عادی و مشخصات زلزله انجام شد. بنابراین، روش های محاسبه ظرفیت باربری پی نواری سطحی توسط استفاده از پارمترهای تک ارزشی محدود شد. تحلیل قابلیت اطمینان ارزیابی اثرات ترکیبی عدم قطعیت ها و ارائه یک چارچوب منطقی برای انتخاب ظرفیت باربری که برای درجه عدم قطعیت و پیامدهای گسیختگی مناسب است، را انجام میدهد. بنابراین بعنوان یک جایگزین ارزیابی متعین، ارزیابی قابلیت اطمینان ظرفیت باربری در ایجاد تصمیمات مهندسی بهتر مفید خواهد بود
.3 فاکتورهای ظرفیت باربری استاتیکی
برای یک خاک بدون وزن - - تحت شرایط استاتیکی ، با روش مشخصه ها می توان جواب های دقیق فاکتورهای ظرفیت باربری. Nqو NC را به صورت زیر بدست آورد
دو رابطه تنها به زاویه ی بستگی داشته و مستقل از زبری پی میباشند. اگر وزن توده خاک درنظرگرفته شود - - 0 مقدار فاکتور ظرفیت باربری 1 با روش مشخصه ها، تنها با انتگرال گیری عددی ازمعادلات تعادل به دست می آید. برخلافNcو Nq مقدار 1 به زبری سطح مشترک خاک وپی زیر نیز وابسته است، این تاثیر را می توان توسط زاویه اصطکاک بین خاک وپی و زاویه اتساع که در اینجا با مقدار برابرگرفته میشود، نشان داد.
در شکل 1 این نتایج با تعدادی از جواب های موجود برای فاکتورهای ظرفیت باربری 1 مقایسه شده است . برای پی های صاف - - نتایج به دست آمده از روش مشخصه ها در این مطالعه، تطابق کاملی با نتایج پیشین که از روش یکسان استفاده کرده بودند دارد. همچنین همخوانی خوبی بین این نتایج با نتایج بدست آمده از روش المان محدود وجود دارد. برای پی های زبر - - شکل 1 این مفهوم را می رساند که نتایج مطالعه ی فعلی مقادیر محافظه کارانه تری نسبت به مقادیر میرهوف ، ویسک ، بولتون-لاو دارند در حالی که نسبت به بولتون هانسون این محافظه کاری کمتری است
شکل :1 ضریب 1 ظرفیت باربری استاتیکی برای پی های صاف و زبر
