بخشی از مقاله
خلاصه
سیستم انکراژ از جمله روشهای پایدارسازی موقت دیواره گودبرداریهای عمیق میباشد که با توجه به سرعت و قابلیت انعطاف اجرای بالا و نیز محدود کردن تغییرمکانهای به وجود آمدهاخیراً استفاده از آن در پروژههای عمرانی افزایش یافته است. این روش در صورت اجرای بهینه مهارها میتواند از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه باشد. لذا در این مقاله با استفاده از روش تاگوچی اقدام به ارائهی طرح بهینهی مهارها در یک گود شده است.
در این راستا طول گیرداری و غیرگیرداری مهارها، فواصل افقی و قائم و قطر چال حفاری به عنوان فاکتورهای مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد که با استفاده از روش تاگوچی به جای انجام تحلیلهای زیاد میتوان به جواب بهینه دست یافت، همچنین در بین فاکتورهای در نظر گرفته فاصله افقی و قائم بیشترین تأثیر و طول غیرگیرداری مهارها کمترین تأثیر را در هزینه دارند.
1. مقدمه
رشد و توسعه صنعت ساختمان طی سالهای اخیر و میل روزافزون به ساخت سازههای بلند مرتبه به لحاظ ارزش منطقهای زمین و تراکم بافت شهری و از طرفی لزوم تامین فضاهای مشاع در ساختمانها نظیر پارکینگ، انباری، سالنهای ورزشی، اجتماعات و غیره موجب روی آوردن به گودبرداریهای عمیق شده است. لیکن از آنجا که ضرورت حفاظت از ابنیه، خیابانها و تأسیسات مجاور گود اجتنابناپذیر میباشد، پایدارسازی گودبرداریها با استفاده از انواع مختلف سازه نگهبان اهمیت ویژهای یافته است.
سیستم انکراژ یکی از سیستمهایی است که امروزه جزء پرکاربردترین روشها در گودبرداریهای عمیق به منظور نگهداری دیوارههای گودبرداری شده و محدود کردن تغییرمکانهای به وجود آمده محسوب میشود. در تحقیقات انجام شده قبلی مشخص شد که انکرهایی که در فاصلهی 1/2 ارتفاع گود به پایین قرار دارند بیشترین تأثیر را در پایداری گود ایفا میکنند همچنین ضریب اطمینان ماکزیمم موقعی بدست میآید که مهارها نه بیش از حد متراکم و نه بیش از حد پراکنده باشند.[1]
با افزایش فاصله افقی و قائم بین مهارها جابهجایی افقی افزایش و ضریب اطمینان کاهش مییابد و زاویه مهار با افق بین 10 تا 20 درجه به عنوان بهینهترین حالت ممکنه در جهت کاهش میزان جابهجایی میباشد.[2] بهینهترین مدل برای تغییر طول مهارها در ارتفاع دیوار، قرارگیری مهارهای بلندتر در میانه دیوار و مهارهای کوتاهتر در یک سوم تحتانی و بالایی دیوار میباشد.
همچنین مناسبترین زاویه مهار با افق زاویه 15 درجه است و با افزایش آن ضریب اطمینان کاهش پیدا میکند.[3] با ثابت نگهداشتن طول غیرگیرداری مهارها، با افزایش طول گیرداری مهارها، جابهجایی افقی دیوار افزایش مییابد و با ثابت نگهداشتن طول گیرداری مهارها، با افزایش طول غیرگیرداری مهارها، جابهجایی افقی دیوار کاهش مییابد.[4] در تحقیقات انجام شده روش خاصی برای بهینهسازی وجود ندارد و در همهی آنها با درنظر گرفتن تابع هدف به صورت برقراری پایداری کلی سیستم پیشنهاداتی جهت بهینه شدن طرح ارائه شده است.
در تحقیق حاضر فاکتورهای متغییر مورد نظر جهت طراحی گودی به عمق 20 متر، طول گیرداری و غیرگیرداری مهارها، فواصل افقی و قائم و قطر چال حفاری میباشد که با استفاده از روش بهینهسازی تاگوچی، طرح بهینه ارائه میشود. جهت رسیدن به هدف تعیین شده از نرمافزار المان محدود Plaxis2D برای انجام تحلیلهای اولیه استفاده شده است.
2. مشخصات ژئوتکنیکی گود
به منظور استفاده از یک روش بهینهسازی به نام روش تاگوچی جهت بدست آوردن طرح بهینهای برای گود مهار شده، به مطالعه گودی به عمق 20 متر با مشخصات مکانیکی موجود در جدول 1 پرداخته شده است. تحلیلهای اولیه جهت بدست آوردن نتایج ناشی از هر یک از آزمایشاتی که در آرایهی ارتوگونال روش تاگوچی مشخص شده است با استفاده از نرمافزار المان محدود Plaxis 2D V8.5 انجام میشود. مدل رفتاری مورد استفاده، مدل خاک سختشونده - Hardening Soil Model - میباشدکه یکی از دلایل استفاده از این مدل وجود سختی وابسته به سطح تنش در این مدل است.[5]
3. روش تاگوچی
استفاده از روش تاگوچی در مسائل مهندسی روزبهروز در حال گسترش است. بیشترین کاربرد آن در مهندسی عمران مربوط به مطالعههای آزمایشگاهی، به ویژه تکنولوژی بتن بوده است. کاربرد این روش، بهینهسازی زمان و هزینه از طریق کمینهسازی تعداد انجام آزمایشها با یک روند کاری مشخص بوده است. همچنین از این روش در مسائل ژئوتکنیکی نیز استفاده شده است که میتوان به انجام تجزیه و تحلیل حساسیت سیستماتیک برای مدلسازی عددی نفوذسنج و تعیین پارامترهای بهینهی خاک اشاره کرد.[8-6]
در اواخر سال 1940 میلادی، دکتر تاگوچی مفاهیم آماری جدیدی را مطرح کرد و بعدها ثابت شد که این مفاهیم، ابزارهای با ارزشی در مقولهی کنترل و بهبود کیفیت است. تاگوچی در روشهای افزایش کیفیت خود از ابزارهای آماری کاملاً متداولی استفاده کرده است، اما وی با شناسایی مجموعهای از راهکارهای قدرتمند در طراحی آزمایشات و تحلیل نتایج، این روشها را سادهتر کرده است، که از این میان میتوان به استفاده از جداولی معروف به آرایههای ارتوگونال - OA - جهت طراحی آزمایشات اشاره کرد.
باید توجه داشت که چون آرایهی ارتوگونال تنها کسر کوچکی از تمامی حالات ممکن را نشان میدهد، ممکن است حالت بهینه در محدودهی آزمایشاتی که قبلاً انجام شده، نباشد. همچنین با استفاده از نتایج آزمایشاتی که در حالت غیر بهینه انجام میشوند امکان ارزیابی عملکرد در حالت بهینه وجود دارد. شرایط بهینه با مطالعه اثرات عمده هر یک از فاکتورها شناسایی میشود. با دانستن و معلوم بودن تابع هدف و براساس شاخص کیفیت انتخابی، سطوح فاکتورهایی که انتظار میرود بهترین نتیجه را ایجاد کنند، میتوان پیشبینی کرد.
تاگوچی دو روش متفاوت برای انجام و کامل کردن تحلیل پیشنهاد میکند. روش اول، روش استاندارد، که در آن نتیجه یک موقعیت آزمایش به واسطه اثر عمده و ANOVA پردازش میشود. روش دوم استفاده از نسبت سیگنال به نویز - S/N - است. تحلیل - S/N - با استفاده از تغییرات نتایج، بهترین و قویترین شرایط کاری را تعیین میکند. این روش برای آزمایشهای همراه با تکرار بهترین نتایج را دارد.
دانستن سهم هر فاکتور به صورت مجزا، کلید تصمیمگیری درباره ماهیت کنترلی است که باید در یک فرآیند تولید برقرار باشد. تحلیل واریانس - ANOVA - ، عملیات آماری و معمولی است که برای تعیین درصد سهم هر فاکتور بر روی نتایج اعمال میشود. مطالعه و بررسی جدول ANOVA برای یک تحلیل معین، در تعیین اینکه کدام یک از فاکتورها نیاز به کنترل دارند و کدام یک ندارند، کمک زیادی میکند. تحلیل واریانس، کمیتهایی مانند درجه آزادی، مجموع مربعات، میانگین مربعات و غیره را محاسبه و آنها را به شکل یک جدول سازماندهی میکند.
4. نتایج
4.1. مدلسازی دیوار مهار شده در نرمافزار
به منظور بررسی تغییرات تنش در توده خاک Briaud و - 1997 - Lim پیشنهاد میکنند تا در مدلسازیهای عددی، مرز تحتانی هندسه مدل در عمقی قرار گیرد که خاک به صورت قابل توجهی سختتر است. در صورتیکه موقعیت لایه سختتر به طور دقیق مشخص نباشد، عمق لایه خاک در زیر کف گود 2 - D - تا 3 برابر ارتفاع گود - H - ادامه یابد. همچنین پیشنهاد میکنند که با توجه به مشخص بودن - D - و - H - عرض گود - We - و فاصله افقی پشت جدار گود تا مرز قائم شبکهبندی - B - به ترتیب 3 تا 4 برابر - D - و - H+D - در نظر گرفته شود.[10]
برایساخت مدل همانگونه که قبلاً اشاره شد از شرایط کرنش مسطح استفاده شده است. شبکه بندی با استفاده از المان مثلثی 15 گرهای انجام گرفته است. برای شبکهبندی کلی مدل از دانسیته fine استفاده شده و درناحیه اطراف میخها شبکهبندی یک درجه ریزتر شده است. شکل 1 دیواره مدلسازی شده را به همراه مشخصات مدل و شرایط مرزی نشان میدهد. برای بررسی تأثیر پارامترهای در نظر گرفته شده، گود مورد نظر با استرندهای سه رشتهای، چهار رشتهای و پنج رشتهای تحلیل شده است.
