بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
مروري بر انواع مدل هاي تحلیلی در مدل سازي اندرکنش خاك و سازه پلها
چکیده
مـدارك مسـتند فراوانی بر اساس مطالعات دفتري و مشاهدات میدانی وجود دارد که نشان می دهند محیط خاکی زیرین سازه ها و پدیده اندرکـنش خـاك و سـازه، در هنگام وقوع زلزله، نیروهاي لرزه اي وارد به سازه را افزایش داده بطوري که این افزایش، در موارد زیادي به خرابی و فروریزش سازهها منجر شده است.
انتخاب مدل و سیستم تحلیلی در اندرکنش خاك و پی براي تمام سازهها، مسئلهاي است که هر محقق انتخاب هاي زیادي در آن دارد. تعریف اندر کنش خاك و سازه به دفعات توسط محققان مورد بحث قرار گرفته، چرا که هر پاسخ لرزهاي سازه باعث رفتار متفاوتی از اندرکنش خاك و سازه میگردد. دلیل وجود مدلها و سیستمهاي متفاوت همین امر است. انتخاب یک سیستم مناسب درون تعریف مناسب از اندرکنش خاك و سازه با توجه به شرایط نوع سازه نهفته شده است.
راه حلهاي زیادي براي تحیل اندرکنش خاك و سازه ارائه شده است. محققان سعی در رسیدن به ارائه سیستم تحلیلی با شرایط نزدیک به واقعیت داشتند. در این مقاله چند سیستم تحلیلی انتخاب شده از این سیستمها مورد بررسی قرار گرفته است. در انتها مزایا و معایب سیستم هاي تحلیلی براي استفاده در محاسبه اندرکنش خاك و سازه در پلها مورد بررسی قرار گرفته است.
واژههاي کلیدي: مدل تحلیلی، اندرکنش، خاك، سازه، پل
– 1 مقدمه .
مطالعات تحلیلی به آن دست از مطالعاتی اطلاق می گردد که طی آن سازه و خاك اطراف آن به صورت مدل کوچک شدهاي در نظر گرفته شده و نیروهاي وارد بر هر یک معین میشود. با نوشتن معادلات تعادل و سایر معادلات مربوط و حل آنها تأثیر اندرکنش خاك بر سازه مشخص میشود. به طور کلی در انجام این تحلیل دو مشکل وجود دارد که قبل انجام تحلیل میباید بررسی گردد. اما به دلیل اینکه در حال حاضر اطلاعات بسیار کمی در مورد حرکت زمین در سطح پی بستر سنگی وجود دارد، این روش عملی نیست. سپس با انتخاب مدل مناسب خاك به صورت فنر ومیراگر، یا به روش زیر سازهاي به کمک مدل نیمه بینهایت خاك در حالت کلی تحلیل انجام میشود. در ادامه مطالعات تحلیلی صورت گرفته براي بررسی اثرات اندرکنش خاك-سازه بر رفتار دینامیکی پایه پل ها معرفی می گردد.
-2 مطالعات تحلیلی
Veletsos and Meek (1974) 1-2
این محققین مباحثی پیرامون اثرات اندرکنش خاك- سازه بر پاسخ دینامیکی سازه هاي خطی یک درجه آزادي انجام دادند. در این مطالعه فرض بر این است که سازه بر خاك هموژن قرار گرفته و تحریک هارمونیک بر پایه سازه اعمال شده است. تمرکز اصلی این بحث بر تعیین شرایطی است که طی آن در نظرگیري اندرکنش خاك- سازه الزامی می باشد. از جمله اثرات SSI افزایش پریود معادل سیستم است که در مطالعه (1974) Meek and Veletsos به درستی به آن اشاره شده است. فرمول((1 ارتباط میان پریود معادل سیستم در شرایط در نظرگیري اندرکنش و عدم در نظرگیري آن را بیان می کند .[1]
که در آن Tssi پریود معادل سیستم در حالت در نظرگیري اندرکنش خاك- سازه، Tfixed-based پریود سیستم در حالتی که از اثرات اندرکنش خاك- سازه صرفنظر شده است، ks سختی سازه، kxx سختی افقی خاك، krr سختی دورانی خاك و Hs ارتفاع سازه می باشد.
Spyrakos (1992) 2-2
به طور کلی هدف محقق این است که مواقعی که نیاز است که اندرکنش خاك بر سازه لحاظ گردد را تعیین نماید. شکل 1 مدل انتخاب شده در مطالعه Spyrakos (1992) را نشان میدهد. همانطور که در شکل [2] 1 ملاحظه می نماییم، روش کار استفاده از جرم، فنر، میراگر بوده است، منتها اثر شمع لحاظ نگردیده است. ایشان نتیجه گرفتند، در نظرگیري اندرکنش موجب کاهش هزینههاي ساخت پل میگردد.
Mylonakis et al. (1997) 3-2
در این مقاله آنالیز رفتار پایه پلها در خاکهاي چند لایه مد نظر بوده است. روش کار به صورت تحلیلی زیر سازه بوده و براي رسیدن به چگونگی سازو کار اندرکنش، بررسی هم در حوضه زمان و هم در حوضه مکان صورت گرفته است. آنها نتیجه گرفتند در نظر نگرفتن میرائی ناشی از نوسانات شمع موجب ایجاد خطا در طراحی میگردد. شکل 2 مدل انتخاب شده در مطالعه
Mylonakis al. (1997) را نشان می دهد [3]ح
شکل 2 مدل انتخاب شده براي مطالعه Mylonakis al. (1997)
De Carlo et al . (2000) 4-2
ایشان مدل تحلیلی مطابق شکل 3 را براي بررسی خود انتخاب نموده و و در این مدل وزن عرش، صورت موج برشی در خاك و ارتفاع پایه پل را متغیر در نظر گرفت، با تغییر دادن این سه پارامتر نتایج زیر حاصل گردید :[4]
با افزایش سرعت موج برشی در خاك، دوره تناوب کاهش مییابد. با افزایش ارتفاع پایه پل، دوره تناوب کاهش مییابد.
هرچه سازه سخت تر باشد تأثیر اندرکنش بر آن بیشتر است.
شکل 3 مدل انتخاب شده براي مطالعه De Carlo et al. (2000)
Karantzikis and Spyrakos (2000) 5-2
در این مقاله تاثیرات کوله ها بر رفتار لرزه اي پلها مورد بررسی قرار گرفته است و موردي که این مقاله را از سایر مقالات متمایز میکند، ارایه راه حلی الگوریتمی براي طراحی پایه پل با در نظرگیري اثرات کوله در رفتار پل می باشد. ایشان در مطالعه ي خود تأثیر اندرکنش را بر جابجایی و نیروي برشی پایه پل مورد بررسی قرار داد و در انتها نتیجه گرفت که با در نظر گیري اثرات خاك بر سازه نیروي برشی %60 -25 و جابجایی %75-25 بسته به شرایط خاك افزایش مییابد. شکل 4 مدل انتخاب شده در مطالعه را نشان می دهد .[5]
شکل 4 مدل انتخاب شده براي مطالعه Karantzikis and Spyrakos (2000)
Vlassis and Spyrakos (2001) 6-2
در این مطالعه بررسی اثرات SSI بر پاسخ لرزهاي پلهاي ایزوله بر روي خاك نرم نزدیک به بستر با روش جرم و فنر صورت گرفته است. شکل 5 مدل تحلیلی انتخاب شده در مطالعه (2001) Spyrakos and Vlassis را نشان می دهد. ایشان نتیجه گرفتند که با در نظر گیريSSI پریود افزایش مییابد. همچنین SSI تأثیر زیادي بر میرائی ندارد .[6]
شکل 5 مدل انتخاب شده در مطالعه Vlassis and Spyrakos (2001)
Tongaonkar and Jangid (2003) 7-2
این محققین با استفاده از شیوه آنالیز مدال، تحقیقاتی پارامتري بر روي سختی و میرایی خاك و اثرات آن روي پاسخ پل صورت دادند. ایشان در مدل تحلیلی خود پایه پل را به صورت مجموعه چند جرم متمرکز در نظر گرفتند شکل .6 طبق یافته هاي آنان خاك اطراف پایه پل اثرات زیادي بر روي پاسخ لرزه اي دارد، همچنین اگر اثرات SSI را درنظر نگیریم جایجایی پایه پل کمتر از میزان واقعی خواهد گردید.[7]
