بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
نام درس : مديريت استراتژيک پروژه
موضوع : اثر متقابل زلزلهخیزی خاک و پلچک
اسلاید 2 :
چکیده:
پلچک جعبهای ممکن است در مناطق لرزهخیزی ساخته شود که در آن لرزش یا شکست زمین می تواند فشار زمین قابل توجهی بر روی آنها تحمیل کند. در این مطالعه، پاسخ لرزه ای جعبه پلچک بطور تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفت. یک سری از آزمایشات سانتریفیوژ مدرج و تحت سه سیگنال زلزله مختلف، با دامنه و فرکانس مختلف انجام شد. دو مقدار ضخامت دیواره پلچک و دو مقدار تراکم نسبی شن و ماسه در برنامه تجربی در نظر گرفته شد. نتایج تجربی بر اساس مقایسه گشتاور خمشی لرزه ای ارائه شدهاند. این نتایج برای کالیبره کردن و بررسی مدل های عددی دو بعدی با استفاده از برنامه کامپیوتری FLAC استفاده شد. مدل تأیید شده پس از آن به منظور بررسی اثر شدت زلزله و فرکانس، ارتفاع پوشش خاک، و ضخامت پلچک بر گشتاور خمشی لرزه ای برای بخش های مختلف پلچک مورد استفاده قرار گرفت. بر اساس نتایج تجزیه و تحلیل، نمودارها برای کمک به طراحی لرزهای جعبه پلچک ارائه شدهاند.
مقدمه:
پلچک جعبهای بخش مهمی از زیر ساختهای شهری ما را تشکیل میدهد و شکست آنها می تواند باعث زیانهای اقتصادی قابل توجهی شود. هاشش و همکارانش آسیب قابل توجهی که برای برخی از سازههای زیرزمینی در طول زمین لرزه های بزرگ اخیر، از جمله زلزله کوبه، ژاپن (1995)؛ زلزله چی چی، تایوان، (1999)؛ و زلزله کوکالی، ترکیه، رخ داد را مطرح کردند.
اندرسون و همکارانش اظهار داشتند که آسیب لرزه ای به پلچک میتواند به علت لرزش زمین یا شکست زمین باشد. لرزش زمین اشاره به ارتعاش زمین دارد که توسط انتشار موج لرزه تولید میشود (عمدتا امواج برشی به صورت عمودی منتشر میشوند)، که باعث تغییر شکل-جابجایی موقت زمین میشود (TGD). شکست زمین شامل انواع مختلف بیثباتی زمین است، مانند گسل، رانش زمین، روانگرایی، گسترش جانبی، تهنشینی، شناور شدن، بالا آمدگی تکتونیکی، و نشست. این انواع تغییر شکل زمین، تغییر شکل دائمی زمین نامیده میشوند (PGD). ویژگیهای تغییر شکل دائمی زمین و اثرات آنها بر پلچک بسیار پیچیده هستند و باید بصورت موردی با آنها برخورد کرد.
فعل و انفعال خاک-سازه نقش مهمی در تعریف بارهای استاتیک و لرزهای واقعی و آسیبی که پلچک در طول یک رویداد لرزه ای تجربه میکند بازی می کند. با این حال، ارزیابی اثر متقابل زلزلهخیزی خاک-پلچک (SCI) بر جعبه پلچک به طور کلی در نشریات وجود ندارد، با برخی از کارهای موجود در رابطه با روش لاریز. علاوه بر این، کدهای طراحیشده حاضر شامل اثر تقریبی SCI لرزهای، با نادیده گرفتن تعدادی از جنبه های مهم است.
اسلاید 3 :
بررسی و مرور نشریات
عملکرد پلچک جعبه در طول زلزلههای گذشته
یود و بکمن آسیب شدید و شکست را در تعدادی از پلچکها گزارش کردند که در آن جابه جایی دائمی زمین قابل توجه بود. بیشتر آسیب ها در نقاط اتصال ساختمان و نقاط اتصال دیوار به سقف–نقاط ضعیف در ساختهای پیش ساخته- متمرکز بودند. آسیب پلچک جعبه در طول زمین لرزه به دلیل PGD میتواند به تعدادی از پدیدههای ممکن نسبت داده شود. خاک محل زیرسازی ممکن است روانگرا باشد، که می تواند باعث شکست پلچک شود. گسترش جانبی میتوانید باعث جابه جایی قابل توجه زمین شود که منجر به جدایی در مفاصل پلچک میشود. گسترش جانبی همچنین میتواند منجر به فشار خاک جانبی بیشتر از مقاومت دیوار شود که باعث شکستگی طولی میشود. در محل پارگی سطح، سطح گسل همچنین می تواند باعث خسارت شدید به پلچک جعبه شود.
جابه جایی موقت زمین همراه با لرزش زمین و انتشار امواج لرزه ای باعث فشار زمین جانبی زیاد بر دیوار و سقف پلچک میشود و میتواند منجر به ترکهای طولی و عرضی شود. با این حال، پلچکهایی که برای غلبه بر این فشار زمین جانبی لرزهای طراحی شدهاند در طول زلزله بطور رضایت بخشی عمل کردهاند. به عنوان مثال، یود و بکمن عملکرد لرزهای 29 پلچک جعبهای بتن آرمه درجا، از جمله 11 پلچک جعبه در یک منطقه در 10 کیلومتری از مرکز زلزله با شتاب ماکزیمم زمین (PGA) در محدوده 0.5-1 g را ثبت کردند. هیچ کدام از آنها نیازمند تعمیرات عمده یا تعویض نبودند. با این حال، برخی از آنها متحمل خسارت جزئی شدند.
ارزیابی SCI لرزهای
عمدتا به علت عدم وجود شکست لرزهای گزارششده، توجه کمی به عملکرد لرزه ای پلچک جعبهای شده است. سازههای زیر زمینی تحت تاثیر تغییر شکل خاک اطراف قرار دارند و تحت تاثیر نیروهای اینرسی اعمال شده بر سازه نیستند.
با این حال، مشخصات معمول برای طراحی استاتیک در تلاش برای کنترل خاکریز برای اطمینان از عملکرد قابل قبول تحت بارهای گرانش و جلوگیری از تهنشینی است، که منجر به عملکرد خوب لرزهای میشود. نیشیوکا و آنجو، و وود اظهار داشتند که سازه های زیرزمینی تا زلزله 1995 کوبه در ژاپن در طول زمین لرزه نسبتا امن تصور میشد، که در آن شش تا از 21 ایستگاه تونل مترو دچار آسیب شدید شد.
اسلاید 4 :
چن، SCI لرزهای را بطور عددی برای پلچک بتن آرمه مستطیل شکل مورد بررسی قرار داد. او مشاهده کرد که حرکات حداکثری پلچک تحت تاثیر مقاومت خاک و بطور غیرخطی تحت تاثیر ارتفاع جایگزینی و فرکانس تحریک زلزله قرار گرفت. او یک تابع انتقال ارائه کرد و طیفی را برای استفاده در طرح طراحی کرد. وانگ و همکارانش آزمایش سانتریفیوژ و مدل سازی عددی را به منظور مطالعه پاسخ لرزهای پلچک جعبهای با توجه به شرایط خاک خشک و خاک اشباعشده انجام دادند. این مدل مشروط به PGA برابر 0.8- 0.9g در مقیاس نمونه اصلی بود. دریافتیم که فشار خاک وارد بر دیوار جانبی پس از لرزش در هر دو شرایط خاک خشک و خاک اشباع شده افزایش مییابد و باعث خم پذیری دیواره های جانبی میشود.
جیانگ و همکارانش آزمایش جدول لرزش و تجزیه و تحلیل المان محدود را برای ارزیابی عملکرد لرزهای یک مدل تونل با یک بخش جعبهای مربعی با ابعاد 3متر × 3متر و ضخامت یکنواخت 300 میلی متر انجام دادند. زلزله ال سنترو به عنوان القاء ورودی با مقادیر شتاب ماکزیمم مدرج 0.1 gو 0.4 gو 1 gاستفاده شد. مشخص شد که فشار خاک بطور متقارن بر روی دیوار سمت چپ و راست توزیع شده بود، در حالی که فشار خاک بر دال بالا و پایین دارای توزیع مثلثی بود. همچنین مشاهده شد که شتاب ساختاری کمتر از شتاب خاک بود. آنها گزارش دادند که فشار زمین پویا با افزایش شدت زلزله افزایش می یابد، حداکثر نیروها در گوشهها رخ داده است، و رانش جابهجایی (لاریز) بین دال بالا و پایین با همکاری چرخش سطح مقطع تونل رخ داده است.
سیلینگیر و مادابوشی به منظور بررسی اثر عمقهای کم مختلف رسوبات ماسهای بر پاسخ لرزه ای تونلهای مربعی با تاکید بر عمق محوری تونل، مدل سازی سانتریفیوژ و عددی را انجام دادند. نتایج نشان می دهد که عمق تونل به طور قابل توجهی بر الگوی تغییر شکل تونل در طول یک رویداد زلزله تاثیر نمی گذارد. با این حال، دریافتیم که عمق تونل بر میزان تشدید شتاب از طریق تونل، مقدار فشار زمین پویا، و اندازه نیروهای پوششی اثر میگذارد. گشتاور خمشی حلقوی، حداکثری، و باقی مانده پویا در یک مدل تونل عمیق انعطاف پذیر بالاتر از مدل تونل کم عمق انعطافپذیر است. عکس این موضوع برای تونل غیر قابل انعطاف درست است. گشتاور خمشی پویا برای تونل عمیق انعطاف ناپذیر در مقایسه با تونل های کم عمق انعطافناپذیر کمتر است. گشتاور خمشی حلقوی برای مقاطع مربعی گوشهای مقادیر بالاتری دارد. مشاهدات مشابهی در این مقاله پیدا شد که بعد نشان داده خواهد شد.
اسلاید 5 :
مقررات لرزه ای برای پلچک جعبهای در کدها و استانداردها
تنها چند دستورالعمل طراحی شامل مقررات عمومی برای طراحی لرزه ای پلچک جعبهای هستند. برخی از این مقررات اینجا ارائه میشود.
AASHTO
اگر چه انجمن ادارات حمل ونقل و بزرگراههای ایالتی امریکا (AASHTO 2007) دارای یک بخش کامل در طراحی لرزه ای است؛ هیچ چیز با محاسبه بار زلزله بر روی پلچک جعبه مرتبط نیست.
CHBDC
دستورالعمل طراحی پل بزرگراه کانادایی (CHBDC; CSA 2006a) با ضرب کردن اثر نیرو با توجه به وزن ویژه،
، و بار زمین، ، با نسبت شتاب عمودی، ، بارهای لرزه ای در پلچک جعبهای بتنی را تخمین میزند. مولفه عمودی نسبت شتاب زلزله،
، می تواند به عنوان دو سوم نسبت شتاب افقی زمین، ، در نظر گرفته شود. مولفه عمودی شتاب زلزله می تواند به عنوان افزایش در وزن واحد خاک
به در نظر گرفته شود. تشدید حرکت زمین باید در نظر گرفته شود که در آن تهنشینی زیاد خاک، روی سنگ یا زمین سفت قرار میگیرد. علاوه بر این، CHBDC گشتاور لرزه ای، ، را برای سازههای جعبهای فلزی بصورت زیر ارائه میدهد:
که در آن گشتاوری است که از بارهای مرده بوجود میآید. تفسیرکنندگان CHBDC (CSA 2006b) بیان میکنند که «تحلیل دینامیکی نشان میدهد که گشتاور اضافی معنیدار ناشی از مولفههای افقی زلزله است. مولفه عمودی کمتر مهم است، اما هیچ راه سادهای برای ترکیب آن به طراحی فرمول وجود ندارد. بار محوری به دلیل بارهای لرزه ای در حال حاضر در طراحی سازههای جعبهای در نظر گرفته نشده است»
اسلاید 6 :
اهداف و محدوده کار
در این مقاله، پاسخ لرزهای پلچک جعبهای ساختهشده با استفاده از روش نصب خاکریزی توسط اجرای یک سری از آزمایشات سانتریفیوژ مدرج و مدلسازی عددی با استفاده از برنامه FLAC 2D مورد بررسی قرار گرفت. شرح مختصری از آزمایش سانتریفیوژ و توسعه مدل عددی و تطابق-تایید ارائه می شود. سپس یک مطالعه پارامتری عددی مفصل با استفاده از مدل عددی تاییدشده برای بررسی اثرات عوامل متعدد بر SCI لرزهای انجام شد و نتایج به شکل نمودار گشتاور خمشی لرزهای ارائه شداند. اثر شدت زلزله و فرکانس، نسبت ارتفاع پرشدهی خاک به عرض پلچک ، و نسبت ضخامت پلچک به عرض بر گشتاور خمشی لرزهای مورد بررسی قرار گرفت.
راه اندازی آزمایشی
چهار آزمون مدل سانتریفیوژ اولیه برای مطالعه اثرات قوسی پلچک جعبهای مدفونشده در خاک غیرچسبنده تحت شرایط بارگذاری استاتیک و لرزهای انجام شد. این آزمایشات شامل دو پلچک جعبهای با دو ضخامت دیوارهای مختلف است که در ماسههایی با دو تراکم نسبی متفاوت جاسازی شده است. آزمونها با استفاده از سانتریفیوژ ژئوتکنیک در موسسه پلی تکنیک رنسلر (RPI) در Troy، نیویورک، ایالات متحده انجام شد. آزمونهای مدل سانتریفیوژ استاتیک بر پاسخ پلچک جعبهای به وزن ویژه ماسه تمرکز دارند. بارگذاری لرزهای به عنوان لرزشهای زلزله در سطح 60 g مورد استفاده قرار گرفت. دادههای تولیدشده و جمع آوریشده از تمام سنسورها در حین انجام آزمایش سانتریفیوژ، برای ارزیابی ویژگیهای اصلی SCI تفسیر میشود.
اسلاید 7 :
ماسه مدل
ماسه 120-نوادا که در آزمایش سانتریفیوژ مورد استفاده قرار میگیرد یک ماسه ریز، یکنواخت ، خشک و تمیز است. اندازه ذرات در محدوده 0.075 تا 0.550 میلیمتر است و به عنوان ماسهی بد دانهبندیشده طبقهبندی میشود (SP) (ASTM 2011). ماکزیمم و مینیمم وزن واحد به ترتیب 16.77 و 14.85 است. حالت بحرانی و زاویه اصطکاک بیشینه به ترتیب 32 درجه و 40 درجه است (به عنوان مثال، زاویه اتساع بیشینه 8 درجه بود).
مدل پلچک جعبهای
پلچک جعبهای بتن آرمه با استفاده از لولههای آلومینیومی مدلسازی شد. لوله آلومینیوم جعبهای مربعی توخالی با بُعد خارجی 7.62 سانتی متر و دو مقدار مختلف ضخامت دیوار: 6.35 میلی متر (برای پلچک که در اینجا به عنوان "ضخیم" نامیده میشوند) و 3.18 میلی متر (برای پلچکی که در اینجا بعنوان "نازک" نامیده میشوند)، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. در 60g، ابعاد نمونه اولیه 4.572 متر بُعد خارجی و مقادیر ضخامت 0.533 و 0.267 متر بود. مقدار ضخامت دیوار نمونه با استفاده از رابطه تشبیه مورد بررسی قرار گرفت:
که در آن ضخامت دیوار و عامل مقیاس است. اندیس به ترتیب اشاره به مدل و نمونه اولیه دارد و مدول الاستیک است.
اسلاید 8 :
ابزار دقیق آزمایش
فشار سنج (VISHAY 350 اهم) برای اندازهگیری فشارها بر نمای داخلی و خارجی پلچک جعبهای تحت بار استاتیک و لرزهای، بر روی دال بالا و دیوار جانبی قرار داده شد. سپس اندازهگیری فشار با استفاده از عوامل تطابق به گشتاورهای خمشی تبدیل شد.
شانزده شتابسنج تولید شده توسط PCB Piezotronics (مدل 353 B17) برای اندازه گیری تاریخچه زمانی شتاب، و به منظور بررسی اثر تعامل خاک-سازه، در داخل ماسه در سراسر پلچک قرار داده شد.
شبیهسازی زلزله
سه زمین لرزه مختلف با دامنه و فرکانس متفاوت به عنوان نیروهای اعمالشده به پایه مدل استفاده شد. که عبارتند از: زلزله کوبه (مولفه شمال شرقی چاه نفت پورت آیلند -79 متر رکورد)، زلزله غرب کانادا، و فرورانش ونکوور کسکید (سوابق مصنوعی مربوط به 2٪ احتمال وقوع در 50 سال) همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. فرکانس غالب این زلزله ها به ترتیب 1.453، 0.647 و 0.464 هرتز بود. جدول 1 حرکات ورودی زلزله را که تنها برای آزمایش 1 استفاده می شود نشان میدهد. حرکات ورودی مشابهی در تست های دیگر اعمال شد.
اسلاید 10 :
آماده سازی مدل
جعبه انعطافناپذیر سانتریفیوژ 876.3 میلی متر طول، 368.3 میلی متر عرض، و 355.6 میلی متر ارتفاع دارد. تراکم نسبی هدف برای آزمون ماسه 50٪ و 90٪ بود. ماسهها درون جعبه سانتریفیوژ در لایههایی به ضخامت 25.4 میلی متر با استفاده از روش باران (بارانزایی هوا) قرار داده شد. برای رسیدن به تراکم نسبی 90٪، هر لایه ماسه پس از بارانزایی هوا باز هم با ماسه پر میشود.
برای جلوگیری از بازتاب موج با توجه به اضلاع سفت جعبه، یک مدل مصنوعی معادل و تحت همه زلزلههای پیشین با دامنههای مختلف ساخته شد. چندین شتاب سنج در داخل ماسه در ارتفاع مشابه (در ارتفاع وسط مدل ماسه) و در فواصل مختلف از مرز توزیع شد. همچنین مواد داکسیل برای بررسی اثر آن در جذب انعکاس موج در مرز، در مدل مصنوعی مورد استفاده قرار گرفت. تاریخچه زمانی شتاب ثبتشده از همه شتابسنجها در بستر خاک مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. در نتیجه معلوم شد که اثر مرزی حداقلی بر نتایج وجود دارد. تاریخچه زمانی شتاب ثبتشده از شتابسنجهایی که در ارتفاع مشابه و در فواصل مختلف از دیواره جعبه مستقر شدهاند اساسا همان نتایج را میدهد. لازم به ذکر است که نزدیک ترین شتابسنج به دیواره جعبه در فاصله 3میلیمتری دیواره جعبه قرار داده شد، و این که ضخامت دیواره جعبه تنها 7 میلی متر است.
تنظیمات مدل
شکل 3 تنظیمات چهار مدل آزمون را نشان می دهد. آزمونهای 1 و 2 شامل پلچک ضخیم به ترتیب با تراکم ماسه 90٪ و 50٪ است. آزمون 3 و 4 برای پلچک نازک با تراکم ماسه 50٪ و 90٪ است. ارتفاع کل مدل ماسه 330.2 میلی متر است که، یک ارتفاع نمونه 19.8متری را در 60g شبیه سازی میکند.
اسلاید 11 :
تمام سنسورهای استفاده شده در این مدل به یک سیستم جمعآوری دادهها متصل هستند. سپس سانتریفیوژ بطور تدریجی شتاب میگیرد و برای بررسی پایداری قرائت سنسور در سطوح شتاب: 10g، 20g ، 30g، 40g، 50g و 60g نگهداشته میشود. سیگنالهای زلزله در 60g برای لرزاننده ارسال می شود. دادهها از تمام سنسورها به طور مداوم در طول آزمون ثبت میشود.
برای منظور این مقاله، تنها نتایج آزمون سانتریفیوژ لرزهای ارائه شده است. SCI لرزهای در قالب گشتاور خمشی لرزهای بدست آمده از فشارسنج ارزیابی میشود و PGAهای مربوطه نشان داده میشوند. هفت لرزانندهی زلزله در هر آزمون استفاده شده است.
لاریز پلچک جعبهای
وانگ، فرم بسته و جواب تحلیلی را برای تعیین تغییر شکل لاریز و نیروهای داخلی متناظر بر سازه تونل بر اساس نظریه پک و همکارانش توسعه داد. این روش همچنین بر سازههای پلچک قابل اجرا است. هاشش و همکارانش و اندرسون و همکارنش خلاصه خوبی از روش توسعه یافته توسط وانگ ارائه کردند. تغییر شکل لاریز، حرکت دیفرانسیلی دال بالا و پایین پلچک با استفاده از نسبت لاریز است. در ادامه این روش، جابجایی قلههای زمین برای محاسبه تغییر در زمین خالی و جابه جایی سازه قله زمین مورد استفاده قرار گرفت. نسبت لاریز به دست آمده در این مطالعه در محدوده 0.7 برای تراکم نسبی 90٪ است در حالی که برای تراکم نسبی50٪ این نسبت در حدود 1.5 است. مطالعه دقیق از جمله نتایج حاصل از آزمون سانتریفیوژ و تجزیه و تحلیل عددی و توجه به اثر تراکم خاک و ضخامت پلچک، فراتر از محدوده این مقاله است و در مقاله دیگری ارائه خواهد شد.
اسلاید 12 :
گشتاور خمشی لرزهای
فشارها در طول افزایش از 1g به 60g و سپس در طول لرزشهای اعمال شده در 60g ثبت شد. برای جدا کردن فشار استاتیک از فشار لرزه ای، و در نتیجه، جدا کردن گشتاور خمشی استاتیک از گشتاور خمشی لرزهای، داده فشار استاتیک در 60g از فشار اندازه گیریشده در طول لرزشها (در 60g) کم میشود.
دو روش ممکن برای انتخاب مقادیر فشار وجود دارد که میتواند برای این محاسبه مورد استفاده قرار گیرد. روش اول، انتخاب فشار در گام زمانی حداکثر PGA لرزش است. این روش یک شکل گشتاور خمشی هموار اما متقارن تولید میکند. مقدار فشار در این مورد ممکن است نشاندهنده فشار حداکثر در تمام نقاط نباشد. روش دوم، انتخاب فشار حداکثری در هر مکان است. این روش حداکثر گشتاور خمشی در هر نقطه اندازهگیری را تولید میکند، یعنی، پوشش گشتاور خمشی ماکزیمم. در اینجا روش دوم برای ارزیابی گشتاور خمشی لرزهای انتخاب میشود که ممکن است برای اهداف طراحی در نظر گرفته شود. با بررسی تمام سوابق تاریخچه زمانی فشار، مشخص شد که فشار ماکزیمم در نزدیکی شتاب ماکزیمم لرزش رخ داده است. مثالی برای تاریخچه زمانی فشار لرزهای در شکل 4a نشان داده شده است، در حالی که تاریخچه شتاب زمانی در شکل 4b نشان داده شده است.
اسلاید 13 :
گشتاور خمشی لرزهای در دال بالای پلچک متقارن نبود، و از این رو تعداد نقاط فشار برای ارائه یک تصویر کامل از توزیع گشتاور خمشی در طول بارگذاری لرزهای کافی نیست. با این حال، اطلاعات جمع آوریشده برای تطابق مدلهای عددی استفاده میشود که برای ارزیابی کاملتر گشتاورهای خمشی استفاده میشدند و بعدا در این مقاله توضیح داده خواهد شد. از این رو، در اینجا پوشش گشتاورهای لرزهای برای بررسی اثرات ویژگیهای زلزله و ضخامت پلچک مورد بحث قرارمیگیرد.
محدوده فشارهای خمشی لرزهای اندازهگیریشده و محاسبهشده کمتر از سطح فشار ترک خوردگی معمول برای بتن است. علاوه بر این، استفاده از یک مدل پلچک بتنی که به درستی مدرج شده، در سانتریفیوژ دشوار است و استفاده از آلومینیوم اجازه ترک خوردگی در طول آزمایش را نمیدهد. همچنین، استحکام نسبی بین پلچک و خاک، حتی با در نظر گرفتن یک بخش ترک خورده، زیاد است. از این رو ترکخوردگی بتن باید اثر حداقلی بر SCI لرزهای در این مطالعه داشته باشد.
اثر PGA و ضخامت پلچک
شکل 5 پوشش گشتاور خمشی لرزهای (BM) به دست آمده در دال بالایی پلچک را برای زمینهلرزههای ونکوور کسکید (VC)، غرب کانادا (WC)، و زلزله کوبه (KEQ) ارائه میدهد. برای اثر ضخامت پلچک، پوشش دال بالایی نمودارهای گشتاور خمشی لرزهای از آزمون 1 و 4 مقایسه می شوند. نتایج به دست آمده از آزمونهای دیگر برای دال بالایی و دیوار جانبی روند مشابهی دارد. شکل 5 نشان می دهد که اگر PGA افزایش یابد گشتاور خمشی لرزهای افزایش مییابد. همچنین اشاره شده است که شکل عمومی پوشش برای گشتاور خمشی لرزهای وجود ندارد. وقتی ضخامت پلچک کاهش یابد، مقادیر پوشش گشتاور خمشی لرزهای کاهش مییابد. رفتار مشابهی برای پوشش گشتاور خمشی لرزه ای در دیوار جانبی ذکر شده است. این میتواند به جابجایی لرزهای بیشتر پلچک نسبت داده شود، که منجر به فشار خاک افقی بالاتر و در نتیجه گشتاور خمشی بزرگتر میشود.
اسلاید 14 :
مدل سازی عددی
مدل های عددی FLAC دو بعدی برای بررسی SCI توسعه داده شد. مدل های عددی با استفاده از نتایج آزمایش سانتریفیوژ لرزه ای درجه بندی- اعتبارسنجی شد. تاثیرات دامنه و فرکانس حرکت زمین بر گشتاور خمشی لرزهای مورد بررسی قرار گرفت و مقایسهای با برخی از دستورالعملهای طراحی مانند CHBDC گزارش شده است. علاوه بر این، اثرات نسبت ارتفاع خاک بر عرض پلچک
و نسبت ضخامت آبگذر بر عرض بر مقادیر گشتاور خمشی لرزه ای و کل مورد بررسی قرار گرفت.
اسلاید 15 :
تلفیق مدل و شرایط مرزی
مدل های FLAC برای شبیه سازی آزمون سانتریفیوژ در مقیاس نمونه اولیه ساخته شدند. خاک با استفاده از مناطق زنجیرهای مدلسازی شد و هر منطقه به شبکههای کوچک تقسیم شد. شبکههای تفاضل متناهی مورد استفاده در سراسر پلچک جعبهای همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است مربع شکل و یا مستطیلی بودند. تراکم شبکه در پلچک جعبهای به منظور بهبود دقت افزایش مییابد. چندین آزمایش برای اصلاح شبکه انجام شد تا وقتی هیچ تغییر قابل توجهی در نتایج بوجود نیاید. محاسبات عددی انجام شد با حالت فشار-کم در مرحله اول انجام شد، که در آن هیچ سازهای در داخل ماسه وجود نداشت. پس از آنکه پلچکای جعبه جایگذاری شد، حالت محاسبات فشار-زیاد برای اطمینان از دقت کافی انجام شد.
پلچک جعبهای با استفاده از عناصر ساختاری (خطی) مدل شد همانطور که برای سازههای مدفون (گروه مشاور ایتاسکا) پیشنهاد شده بود. وقتی ضخامت پاچک جعبهای یکنواخت باشد، بُعد مرکز تا مرکز استفاده میشود و ضخامت با توجه به ابعاد واقعی به کار گرفته میشود.
اسلاید 16 :
شرایط مرزی برای مدل عددی، شرایط آزمون سانتریفیوژ را شبیه سازی میکند. در بخش تجزیه و تحلیل استاتیک، سیستم پلچک خاک تحت تنها گرانش بارگذاری است، و در نتیجه پایه مدل در جهت ثابت شد، در حالی که مرزهای جانبی تنها در جهت ثابت شد. برای تجزیه و تحلیل لرزهای، تاریخ زمانی شتاب برای کل پایه مدل در جهت افقی استفاده شد. وقتی جعبه سانتریفیوژ نسبتا سخت باشد، مدل پایه و جانبی در هر دو جهت برای نشان دادن محتوی سانتریفیوژ ثابت شد.
پارامترهای مدل
پاچک جعبهای با استفاده از عناصر الاستیک خطی با چگالی جرم مدول الاستیک ، و نسبت پواسون 0.2 مدلسازی شد که یک پلچک بتن آرمه را شبیه سازی میکند. تنها پلچک ضخیم (ضخامت دیوار = 0.533 متر) در تجزیه و تحلیل لرزه ای در نظر گرفته شد. مواد الاستیک- پلاستیک غیرخطی با استفاده از معیار شکست موهر-کولمب با قانون جریان غیر مرتبط برای مدل کردن ماسه خشک مورد استفاده قرار گرفت. جدول 2 پارامترهای خاک اصلی مورد استفاده برای مدل کردن ماسه خشک نوادا تحت بارگذاری استاتیک را ارائه می دهد. با این حال، در طی مرحله لرزه مدلسازی FLAC، متوسط سرعت برش (250 متر بر ثانیه) و مدول برشی (106 مگاپاسکال) بدست آمده از منحنیهای استحکام خواص دینامیکی خاک که از نتایج آزمون سانتریفیوژ محاسبه شده برای به روز رسانی مدول برشی مدل مورد استفاده قرار گرفت. همچنین نتایج میرایی هیسترتیک به دست آمده از خواص دینامیکی خاک برای مطابقت با پارامترهای میانگین میرایی هیسترتیک برای تجزیه و تحلیل غیر خطی در مدل FLAC استفاده شد. برای جلوگیری از هرگونه ناپایداری عددی، یک مقدار کوچک انسجام (1 کیلو پاسکال) همانطور که توسط کانونگو توصیه شده بود مورد استفاده قرار گرفت.
اسلاید 17 :
اتصال خاک-پلچک
شرایط اتصال پلچک جعبهای- ماسه در مدل عددی با استفاده از عناصر رابط شبیه سازی شدند. عناصر رابط با یک سیستم ارتجاعی خطی مدل شد که در FLAC با " چسب رابط " نشان داده شده، که اجازه لغزش و یا باز شدن شکاف را نمی دهد. و تنها اجازه جابجایی الاستیک بر اساس سختیهای مشخصشده: سختی نرمال و سختی برشی بین دو صفحه نشاندهنده سازه و خاک را میدهد. گروه مشاور ایتاسکا یک قاعده سرانگشتی برای تعیین برآورد حداکثر مقادیر رابط سختی به میزان 10 برابر سختی معادل سختترین منطقه همسایه ارائه کرد. سختی آشکار (که در واحد فشار بر طول بیان شده) یک منطقه در جهت عادی که در آن K و G به ترتیب مدولهای انبوه و برشی هستند؛ و کوچکترین عرض منطقه زنجیره مجاور با رابط در جهت طبیعی است. این روش اگر مواد روی یک طرف از رابط بسیار سختتر از مواد طرف دیگر باشد معقول و منطقی است. در این مورد، تغییر شکل کل سیستم تحت کنترل طرف نرم است. که سختی رابط را 10 برابر میکند. سختی طرفِ نرم تضمین خواهد کرد که رابط دارای حداقل تاثیر بر انطباق سیستم باشد. برای برآورد مقادیر اولیه برای سختی برشی و عادی رابط، این روش دنبال میشود. این مقادیر با اصلاح بزرگی برای به دست آوردن انطباق خوب با داده های سانتریفوژ تعدیل میشوند. دریافته شد که تغییر در مقادیر به حداقل اثر را بر مقدار فشار دارد. پس از چند تطابق، مقادیر انتخابشده برای مقادیر سختی عبارتند از:
اسلاید 18 :
نتایج مدلسازی عددی
گشتاور خمشی لرزه
مدل های FLAC 2D تاییدشده برای بررسی اثر PGA و فرکانس غالب حرکت ورودی بر روی گشتاور خمشی لرزهای استفاده شد. گشتاورهای خمشی در جهت حرکت عقربه ساعت مثبت هستند، و در جهت کشش رسم شدهاند.
تطابق و تایید مدل عددی
گشتاورهای خمشی پوشش لرزهای از شبیه سازی عددی به دست آمدهاند؛ حداکثر گشتاور خمشی لرزهای در هر گره در مولفههای خطی که پلچک جعبهای را شبیه سازی میکند ملاحظه شد و نمودار پوشش گشتاور خمشی لرزهای ایجاد شد. شکل 7 نمودار گشتاور خمشی لرزهای به دست آمده از تستهای سانتریفوژ و شبیه سازی عددی را برای رویداد بارگذاری KEQL مقایسه میکند. مقایسهها برای دیگر زلزلهها با استفاده از نتایج عددی همان مدل، شرایطی به همان اندازه خوب تولید میکند، از این رو مدل عددی را تایید میکند.
اسلاید 19 :
مقایسه بین گشتاور خمشی لرزه ای و CHBDC
در CHBDC (CSA 2006a)، گشتاور خمشی لرزه ای با ضرب کردن گشتاور خمشی استاتیک در مولفه عمودی نسبت شتاب زلزله یعنی، (معادله (1)) ارزیابی شده است. از آنجا که CHBDC مشخص نمیکند کدام مولفه شتاب عمودی مورد استفاده قرار گیرد، چه برای سطح پایه چه در سطح پلچک، هر دوی آنها برای محاسبه گشتاور خمشی لرزهای مورد استفاده قرار گرفت.
شکل 8 گشتاور لرزهای محاسبهشده را که از مدل های عددی به دست آمدهاند و گشتاورهای بر اساس مقررات CHBDC برای دال بالایی پلچک و دیوار جانبی در آزمون 1 هستند در طول همه حوادث زلزله مقایسه میکند. CHBDC تفسیر میکند که تجزیه و تحلیل دینامیکی نشان میدهد که گشتاورهای قابل توجهی وجود دارد که ناشی از مولفه افقی زلزله هستند و روش پیشنهادی که تنها شتاب قائم را در نظر میگیرد یک فرم ساده شده است که می تواند برای طراحی مهندسی استفاده شود. شکل 8 نشان میدهد که گشتاور خمشی لرزهای با توجه به شتاب قائم در مقایسه با گشتاور خمشی لرزهای بدست آمده با توجه به تحریک افقی، ناچیز است. برای رویداد KEQL، مقادیر گشتاور خمشی در مرکز دال بالا و دیوار جانبی نزدیک هستند، اما گشتاور خمشی محاسبهشده از تجزیه و تحلیل عددی در لبهها تا 16 برابر (1500٪) هستند که با استفاده از روش CHBDC محاسبه می شود. هرچه لرزش زلزله افزایش یابد، انتظار می رود این اختلاف افزایش یابد.
اسلاید 20 :
مقایسه گشتاور خمشی استاتیک، لرزهای و کل
گشتاور خمشی استاتیک، لرزهای و کل برای هر رویداد زلزله در شکل 9 برای تست 1 برای همه زلزلهها مقایسه شدهاند. گشتاور خمشی استاتیک بر روی دال بالا نشاندهنده مقادیر مثبت در لبهها و مقادیر منفی در مرکز است. از سوی دیگر، گشتاور خمشی لرزهای (به عنوان مثال، از حادثه KEQ) تقریبا بطور خطی از یک مقدار مثبت زیاد در یک لبه تا یک مقدار منفی زیاد در لبه دیگر متفاوت است. گشتاور خمشی کل (یعنی، جمع گشتاورهای خمشی استاتیک و لرزه ای) نشاندهنده مقدار مثبت زیاد در یک لبه و مقدار منفی در لبه دیگر، با توزیع پرپیچ و خم در میانه است. بر روی دیوار جانبی، تمام مقادیر گشتاور خمشی استاتیک در سمت مثبت محورها هستند در حالی که گشتاور خمشی لرزه ای (به عنوان مثال، حوادث KEQ) نشاندهنده مقادیر منفی در بالا و مقادیر مثبت در پایین است. بنابراین، گشتاور خمشی کل یک مقدار منفی در بالا و یک مقدار بسیار مثبت را در پایین نمایش میدهد.
