بخشی از مقاله
چکیده :
فونداسیون، پایه و اساس ساختمان جهت انتقال بار از سوی سازه به زمین است. چگونگی این انتقال و اندرکنش خاک و فونداسیون، مواردی هستند که پی بردن به آنها در تعیین تنشهای داخلی ایجاد شده در فونداسیون و فشار تماسی زیر آن بسیار حائز اهمیت است.
در این تحقیق، ضمن معرفی روش جداسازی، سعی شده با این روش نسبت به تعیین نیروهای داخلی و فشار تماسی خاک و نشست در یک فونداسیون نواری مفروض، با کاربرد مدول عکسالعمل بستر ثابت اقدام شود. پس از آن به جهت اصلاح نتایج، با استفاده از رابطه نشست الاستیک برای فونداسیونهای قرار گرفته بر روی بسترهای ارتجاعی، میزان نشست را مشخص کرده و به جهت همگرا کردن آنها مقدار مدول عکس العمل بستر را در نسبت نشست حاصل از روش جداسازی و روش تعیین نشست الاستیک برای کلیه نقاط ضرب نموده تا نمودار اصلاح شدهای برای مدول عکسالعمل بستر بهدست آید. پس از آن به جهت مقایسه، فونداسیون در نرم افزار SAFE با کاربرد مدول عکسالعمل بستر ثابت و متغیر مدل میشود و نتایج حاصل از آن تفسیر میگردد.
1. مقدمه
فونداسیون، پایه و اساس ساختمان جهت انتقال بار از المانهای فوقانی خود به زمین است. چگونگی این انتقال و اندرکنش3 خاک و فونداسیون مواردی هستند که پی بردن به آنها در تعیین تنشهای ایجاد شده بسیار حائز اهمیت است. از طرف دیگر پیچیدگیها و ناشناختههایی که در محیط خاک وجود دارد موجب میشود که فهم اندرکنش بین سازه و خاک سختتر شود. با توجه به حساسیت این عضو در عملکرد انتقال بار از سوی سازه به زمین، طراحی دقیق و تعیین نیروهای داخلی و عکسالعملهای بستر واقعی، امری اجتنابناپذیر است.
تاکنون روشهای زیادی جهت آنالیز و طراحی فونداسیونها توسط محققین ارائه شده است که در بیشتر آنها محیط خاک را همانند فنر در نظر میگیرند. یکی از رایجترین آنها روش وینکلر4 است.[1] در این روش محیط خاک همانند مجموعهای از فنر با سختی ثابت، مدل شده است و در هر نقطه نسبت فشار تماسی بر نشست حاصل از آن، ضریب عکسالعمل بستر - Ks - 5 نامیده میشود:
در مدل وینکلر، محیط خاک با تمام ویژگیها و پیچیدگیهایش با فنرهای مجزا با فواصل نزدیک که از دو سر مستقل و دارای سختی مشابه هستند جایگزین میشود. وینکلر، سختی فنرهای ذکر شده را ضریب عکسالعمل بستر - Ks - نامید. از آن به بعد این روش اساس پیاده سازی روابط و روش های دیگر توسط محققین شد، و حتی نرمافزارهای کامپیوتری متعددی همانند SAFE بر اساس این روش برنامهریزی شدند.
با توجه به فرضیات سادهکنندهای که در این روش بهکار رفته است دارای نقاط ضعفی میباشد که در زیر به برخی از آنها اشاره شده است:
-1عدم انتقال تنش برشی جانبی در خاک
-2رفتار خاک برای دو حالت چسبنده و دانهای یکسان فرض گردیده است
-3از اثر تمرکز تنش در لبههای پی صرفنظر گردیده است
-4تحت بار گسترده یکنواخت، همواره لنگر پی برابر با صفر است، سختی خاک و صلب بودن یا انعطافپذیری پی در آن هیچ تأثیری ندارد
با توجه به نقاط ضعف موجود در روش وینکلر، سایر محققین سعی بر آن شدند که به نحوی رابطه وینکلر را اصلاح کنند تا نتایج بهدست آمده در این خصوص به واقعیت نزدیکتر باشد.
بر این اساس مهمترین مسئله جهت به دست آوردن نتایج صحیح در آنالیز فونداسیونها، به کارگیری مقادیر مناسب Ks به همراه توزیعی متناسب با ابعاد فونداسیون و مقدار فشار تماسی در آن ناحیه، میباشد. اما تعیین Ks از مسائل پیچیده و مشکل در مکانیک خاک میباشد و گذر زمان و استفاده وسیع از ضریب عکسالعمل بستر، هنوز هم نتوانسته است ابهامات موجود در تعیین مقدار دقیق و واقعی این ضریب را برطرف کند
2. معرفی روش جداسازی
در سال 1990، آقای دکتر قهرمانی و دکتر کدیور، روشی جدید برای پیاده کردن رابطه وینکلر روی فونداسیون نواری بر پایه روش تفاضل محدود ارائه نمودند .[4] در این روش که روش جداسازی نام دارد، فونداسیون به n-1 المان مساوی مطابق شکل 1 تقسیم میشود تا n نقطه پدیدار شود.
شکل-1 شماتیک کلی فونداسیون در روش جداسازی
با توجه به تقسیمبندی شکل 1، میتوان مقادیر نیروهای داخلی و فشار تماسی خاک را بر اساس المانهای تقسیمبندی شده مطابق شکل2 و روابط مفروض 2 و 3 و روابط استاتیکی4 و 5 و پیادهسازی روش تفاضل محدود در معادله کلی خمش، بهدست آورد.
شکل -2 برش و لنگر در یک المان
که در رابطههای 2 تا 6، A و B و C و D و E و F، ضرائب روش جداسازی هستند که با ادغام روابط - 2 - و - 4 - با یکدیگر و روابط - 3 - و - 5 - با یکدیگر به صورت روابط شش گانه زیر قابل تعیین میباشند:
ضریب به صورت رابطه 13 بوده و بیانگر خصوصیات خمشی و انعطافپذیری فونداسیون میباشد.
در نظریه الاستیسیته ضریب که توسط Heteni عنوان شده است، معرف خصوصیات ژئوتکنیکی خاک و ابعاد و خصوصیات سازهای و هندسه فونداسیون میباشد و به نحوی انعطافپذیری فونداسیون را ارزیابی میکند .[5] بر همین اساس رابطه 13 عملکردی مشابه در روش جداسازی دارد.
که در آن / طول یک المان فونداسیون و Ks مدول عکسالعمل بستر و EI خصوصیات الاستیک فونداسیون است.
با توجه به این که اساس روش جداسازی بر پایه روش تفاضل محدود میباشد، نیاز است که مقادیر اولیه و شرایط مرزی برای تعیین مقدار فشار تماسی در نقطه اول و آخر فونداسیون با روابط متفاوتی نسبت به سایر نقاط مشخص گردند. به این ترتیب در نقطه اول رابطههای 14 و 15 برای خمش و برش، برقرار است.
مطابق شکل 2 مشخص است که در نقطه آخر، مقادیر برش و لنگر برابر صفر است. به این ترتیب میتوان طبق روابط 2 و 3، ماتریسهایی برای تعیین مقادیر فشار تماسی خاک برای نقاط آخر و ماقبل آخر به صورت روابط 16 و 17 ارائه کرد.
