تاثیر پارامتر های ژئوتکنیکی خاک بر طراحی پی های حلقوی ، مطالعه موردی برج های خنک‏کن نیروگاه کازرون

2831465-363220
00

دانشگاه مازندران
مجتمع آموزش عالی فنی مهندسی نوشیروانی
موضوع:
تاثیر پارامتر های ژئوتکنیکی خاک بر طراحی پی های حلقوی ، مطالعه موردی برج های خنک‏کن نیروگاه کازرون
جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد
رشته مهندسی عمران- گرایش خاک و پی
اساتید راهنما:
دکتر عسکر جانعلی‌زاده چوب بستی
دکتر سعید حسامی
استاد مشاور:
دکتر علی اکبر نجفی
تدوین و نگارش :
سید سیاوش پیرزاده طبری
تابستان 1389
80645-914400
تقدیر و تشکر
بدین وسیله از اساتید محترم جناب آقای دکتر عسکر جانعلی‌زاده چوب‌بستی، جناب آقای دکتر سعید حسامی و جناب آقای دکتر علی اکبر نجفی که توفیق یافتم از راهنمایی‌های خردمندانه و دلسوزانه‌شان مستفیذ گردم صمیمانه تشکر و قدردانی نمایم. چرا که ایشان چه در انتخاب موضوع پایان نامه و چه در تهیه و تدوین آن در تمام مراحل از هیچ کوششی دریغ نورزیده و مرا مورد لطف و امتنان خود قرار داده‏اند.
تقدیم به:
پدر و مادر دلسوزم
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: کلیات 1
1-1- مقدمه 2
1-2- موقعیت نیروگاه کازرون 3
1-3- زمین شناسی منطقه 3
1-4- مطالعات ژئوتکنیک 5
1-5-ضرورت انجام پژوهش 8
1-6- اهداف پژوهش 8
1-7- ساختار پایان‌نامه 9
فصل دوم: پژوهش‏های انجام شده 10
2-1- مقدمه 11
2-2- انواع گسیختگی خاک زیر پی 12
2-2-1- گسیختگی برشی کلی 12
2-2-2- گسیختگی برشی موضعی 13
2-2-3- گسیختگی برشی سوراخ‏کننده 14
2-3- انواع روش‏های تحلیلی محاسبه ظرفیت باربری 14
2-3-1- روش تعادل حدی 14
2-3-2- روش لغزش-خط 15
2-3-3- روش مرز بالا 15
2-3-4- روش‏های عددی 16
2-4- محاسبه ظرفیت باربری 16
2-5- نشست پی‏ها 28
2-5-1- نشست آنی 28
2-5-2- نشست تحکیم 32
فصل سوم: مدل‏سازی 34
3-1- مقدمه 35
3-2- دلایل انتخاب نرم‌افزار PLAXIS برای انجام تحقیق 36
عنوان صفحه
3-3- کلیاتی در مورد PLAXIS 37
3-3-1- معرفی داده‌های ورودی 37
3-3-2- انتخاب نوع مدل 37
3-3-3- انتخاب نوع المان 38
3-4- مدل سازی هندسی 40
3-5- مدلسازی مصالح 42
3-6- مش‏بندی 46
3-7- اعمال شرایط اولیه 48
3-8- محاسبات 50
3-8-1- محاسبه‌ پلاستیک 50
3-8-2- محاسبه‌ تحکیم 50
3-8-3- تحلیل ایمنی 50
4-محاسبه براساس شبکه‌بندی به هنگام شده 51
3-9- داده‌های خروجی 53
3-10- ارائه منحنی 54
3-11- فلوچارت نرم‌افزار 55
فصل چهارم: محاسبات و تجزیه و تحلیل نتایج 57
4-1- مقدمه 58
4-2- بررسی درستی عملکرد نرم‏افزار 58
4-3- نحوه بارگذاری پی 60
4-3-1- پی صاف 60
4-3-2- پی زبر 61
4-4- ابعاد پی 62
4-5- نمودار تنش کرنش 62
4-6- نتایج ظرفیت باربری 67
4-7- محاسبه ضرایب ظرفیت باربری 68
4-8- مقایسه کار حاضر با تئوری‏های گذشته 71
عنوان صفحه
4-9- محاسبه نشست پی برج خنک کننده کازرون 74
4-9-1- نحوه انجام محاسبات 74
4-9-2- نشست محاسبه شده 75
4-10- مقایسه با تئوری‏های گذشته 76
4-10-1- نشست آنی 77
4-10-2- نشست تحکیم 79
4-11- محاسبه تنش مجاز پی حلقوی 82
فصل پنجم: نتایج و پیشنهادات 84
5-1- مقدمه 85
5-1- نتایج 85
5-2- پیشنهادات 86
منابع 87
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل(1-1)- موقعیت جغرافیایی نیروگاه کازرون 4
شکل(1-2)- نمایی از برج‏های خنک کننده نیروگاه کازرون 5
شکل(1-3)- تغییرات عدد نفوذ استاندارد با عمق در گمانه‏های مختلف 7
شکل(2-1)- مکانیزم گسیختگی برش کلی 13
شکل(2-2)- مکانیزم گسیختگی برش موضعی 13
شکل(2-3)- مکانیزم گسیختگی برش سوراخ کننده 14
شکل(2-4)- منحنی‏های در نظر گرفته در روش لغزش-خط 15
شکل(2-5)- مکانیزم گسیختگی در نظر گرفته شده توسط ترزاقی 17
شکل(2-6)- مکانیزم گسیختگی در نظر گرفته توسط مایرهوف 18
شکل(2-7)- مدل المان محدود مورد استفاده در روش مانوهاران و دسگوپا 20
شکل(2-8)- جابجایی در زیر پی صاف 20
شکل(2-9)- جابجایی در زیر پی زبر 21
شکل(2-10)- تغییرات Nc با زاویه اصطکاک داخلی در روش مانوهاران و دسگوپا 22
شکل(2-11)- تغییرات Nq با زاویه اصطکاک داخلی در روش مانوهاران و دسگوپا 23
شکل(2-12)- تغییرات Nγ با زاویه اصطکاک داخلی در روش مانوهاران و دسگوپا 23
شکل(2-13)- مدل در نظر گرفته شده به وسیله هاتف و بوشهریان 25
شکل(2-14)- ظرفیت باربری محاسبه شده توسط هاتف و بوشهریان 25
شکل(2-15)- مدل تفاضل محدود در نظر گرفته شده توشط زیو و وانگ 26
شکل(2-16)- مقدار Nγ برای پی حلقوی در حالت صاف 27
شکل(2-17)- مقدار Nγ برای پی حلقوی در حالت زبر 27
شکل(2-18)- نمودار تعیین محاسبه μ1 29
شکل(2-19)- نمودار تعیین محاسبه μo 29
شکل(2-20)- مقادیر تصحیح عمق بر اساس D/B و L/B 30
عنوان صفحه
شکل(2-21)- ضریب اصلاح نشست تحکیم یک بعدی به مقدار واقعی[21] 33
شکل(3-1)- مدل سازی کرنش مسطح و تقارن محوری 37
شکل(3-2)- المان‏های موجود در نرم‏افزار PLAXIS 38
شکل(3-3)- پنجره تنظیمات کلی در نرم‏افزار PLAXIS 38
شکل(3-4)- مدل‏سازی هندسی پی حلقوی برای محاسبه ظرفیت باربری 40
شکل(3-5)- مدل‏سازی هندسی پی حلقوی برج خنک کننده 41
شکل(3-6)- پنجره تنظیمات مدل مور-کولمب در نرم‏افزار PLAXIS 44
شکل(3-7)- تاثیر اندازه مش روی ظرفیت باربری برای یک مدل 47
شکل(3-8)- استفاده از مش ریز برای مش‏بندی مدل 47
شکل(3-9)- تنش‏های اولیه ناشی از وزن خاک 49
شکل(3-10)- تنش‏های اولیه ناشی از آب 49
شکل(3-11)- پنجره تنظیمات محاسبات در نرم‏افزار PLAXIS 53
شکل(3-12)- جابجایی‏های زیر پی در زیربرنامه خروجی 54
شکل(3-13)- پنجره تنظیمات منحنی در نرم‏فزار 55
شکل (3-14)-فلوچارت مراحل ساخت و تعریف یک مدل در نرم‌افزار PLAXIS 56
شکل(4-1)- مدل در نظر گرفته برای بررسی عملکرد صحیح نرم‏افزار 59
شکل(4-2)- مقایسه نتایج مدل آزمایشگاهی و عددی برای بررسی عملکرد صحیح نرم‏افزار 60
شکل(4-3)- نحوه اعمال جابجایی در حالت پی صاف 61
شکل(4-4)- نحوه اعمال جابجایی در حالت پی زبر 61
شکل(4-5)- مش تغییر شکل یافته در پایان آنالیز 62
شکل(4-6)- تغییرات تنش در برابر جابجایی 63
شکل(4-7)- تغییرات تنش در برابر جابجایی 63
شکل(4-8)- تغییرات تنش در برابر جابجایی 64
شکل(4-9)- تغییرات تنش در برابر جابجایی 64
عنوان صفحه
شکل(4-10)-گسیختگی زیر پی 65
شکل(4-11)-کنتورهای تنش قائم هنگام گسیختگی پی 66
شکل(4-12)- تغییرات ظرفیت باربری در برابر عمق پی 68
شکل(4-13)- مقایسه نتایج نشست روش عددی با کارهای قبل با فرض پی صاف 73
شکل(4-14)- مقایسه نتایج نشست روش عددی با کارهای قبل با فرض پی زبر 73
شکل(4-15)- مش تغییر شکل یافته در انتهای آنالیز در زیر پی برج خنک کننده 75
شکل(4-16)- نتایج محاسبات نشست آنی و تحکیم پی حلقوی 76
شکل(4-17)- مقایسه نتایج نشست روش عددی با کارهای قبل با فرض B=10 78
شکل(4-18)- نتایج مقایسه نتایج نشست روش عددی با کارهای قبل با فرض B=5 78
شکل(4-19)- تغییرت ضریب فشار آب حفره‏ای B در برابر درجه اشباع 80
شکل(4-20)- نتایج مقایسه نتایج نشست روش عددی با تئوری تحکیم با فرض B=5 80
شکل(4-21)- نتایج مقایسه نتایج نشست روش عددی با تئوری تحکیم با فرض B=10 81
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول(1-1)- خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک در محل برج‏های خنک کننده واحد HRSG سیکل ترکیبی نیروگاه کازرون 6
جدول(2-1)- مقدار Nγ برای اصطکاک مختلف بین خاک و پی 24
جدول(3-1)- پارامترهای در نظر گرفته شده در محاسبات ظرفیت باربری 44
جدول(3-2)- پارامترهای در نظر گرفته شده در محاسبات نشست 45
جدول(4-1)- پارامترهای در نظر گرفته برای بررسی عملکرد صحیح نرم‏افزار 59
جدول(4-2)- نتایج ظرفیت باربری محاسبه شده در زیر پی صاف 67
جدول(4-3)- نتایج ظرفیت باربری محاسبه شده در زیر پی زبر 67
جدول(4-4)- نتایج محاسبه شده در مدل عددی 69
جدول(4-5)- نتایج محاسبه شده در مدل عددی 70
جدول(4-6)- نتایج محاسبه شده در مدل عددی 70
جدول(4-7)- مقایسه ضرایب ظرفیت باربری محاسبه شده کار حاضر با تئوری‏های موجود در پی دایره‏ای 72
جدول(4-8)- مقایسه ضرایب ظرفیت باربری محاسبه شده کار حاضر با تئوری‏های موجود در پی دایره‏ای 72
جدول(4-9)- محاسبه ظرفیت باربری مجاز پی برج خنک کننده نیروگاه کازرون 83
علائم و تعاریف
φ d: زاویه اصطکاک داخلی زهکشی شده
φ u: زاویه اصطکاک داخلی زهکشی نشده
Cd: مقاومت برشی زهکشی شده
Cu: مقاومت برشی زهکشی نشده
γd: وزن مخصوص خشک
γsat: وزن مخصوص اشباع
E: مدول یانگ
ν: نسبت پواسون
Cs: ضریب تورم
Cc: ضریب فشردگی حجمی
e: نسبت تخلخل
u: فشار اب حفره‏ای
γomp: وزن مخصوص خاک ترکیبی
Ccomp: چسپندگی خاک ترکیبی
φ d: زاویه اصطکاک داخلی زهکشی شده
OCR: نسبت پیش تحکیمی
qu: ظرفیت باربری نهایی
qa: ظرفیت باربری مجاز
B: عرض پی نواری
L: طول پی
Df: عمق پی
FS: ضریب اطمینان
Nγ،Nc،Nq: ضرایب ظرفیت باربری
: اصطکاک بین پی و خاک
ri: شعاع داخلی پی حلقوی
r0: شعاع خارجی پی حلقوی
Si: نشست آنی
Sc: نشست تحکیم
σ0: تنش اولیه
ko: ضریب فشار خاک در حالت سکون
kp: ضریب فشار خاک در حالت مقاوم
A: ضریب فشار آب حفره‏ای
ψ: زاویه اتساع
G: مدول برشی
K: مدول بالک
Eoed: سختی بارگذاری ادئومتری
xK: ضریب نفوذپذیری در جهت افقی
zK: ضریب نفوذپذیری در جهت قائم
چکیده
امروزه کم و بیش از پی‏های حلقوی برای سازه‏ها بویژه سازه‏هایی که حالت تقارن محوری دارند استفاده می‏شود. در این پژوهش یک مطالعه عددی روی ظرفیت باربری و نشست پی حلقوی انجام شد. برای مدل سازی از نرم‏افزار PLAXIS استفاده شد. پارامترهای مصالح از مشخصات خاک رس محل ساخت برج‏های خنک کننده سیکل ترکیبی نیروگاه کازرون انتخاب شد. برای مدل سازی مصالح از مدل مور-کولمب استفاده شد. محاسبات ظرفیت باربری در دو حالت پی صاف و پی زبر انجام شد و بر اساس آن ضرایب ظرفیت باربری محاسبه شد. نشست پی حلقوی برج خنک کننده نیروگاه کازرون محاسبه شد. سپس بر اساس محاسبات ظرفیت باربری و نشست، ظرفیت باربری مجاز پی حلقوی نیروگاه کازرون محاسبه شد. از نتایج حاصل مشخص شد که ظرفیت باربری پی زبر به مقدار قابل ملاحظه‏ای از ظرفیت باربری پی صاف بیشتر است. همچنین مشخص شد که با افزایش ri/ro (نسبت شعاع داخلی به شعاع خارجی پی حلقوی) رفتار پی حلقوی به پی نواری نزدیک می‏شود. نتایج بدست آمده از محاسبات ظرفیت باربری و نشست با نتایج تئوری‏ها و روابط موجود مقایسه شده است.
کلمات کلیدی: پی حلقوی، نسبت شعاع، ظرفیت باربری، نشست
Abstract
Nowadays, more and more ring footings are used in practice special for axisymmetric structures. In this research, a numerical analysis was performed using PLAXIS software for calculating bearing capacity and settlement of ring footing. The parameters used in this research are the results of geotechnical studies of Kazeroon cooling tower. The analysis was carried out using Mohr-Coulomb’s criterion for soil.
Bearing capacity was calculated for smooth and rough ring footing and then the bearing capacity factors were calculated. Settlement of Kazeroon cooling tower was calculated. The analysis indicated that the bearing capacity of rough ring footing is obviously higher than the bearing capacity of smooth footing. In addition, the analysis indicated that behavior of ring footing get to behavior of strip footing with increase ri/ro, which is the ratio of internal –ius to external –ius of the ring. Finally, the results were compared with those available in the literature.
Keywords: Ring footings, Radius ratio, bearing capacity, Settlement

فصل اول
کلیات
1-1- مقدمه:
پروژه‏های عمرانی، متشکل از دو قسمت روسازه و زیرسازه می‏باشد. زیرسازه غالبا به بخشی اطلاق می‏شود که در تماس با خاک و در روند انتقال مستقیم بار روسازه به خاک بستر یا اطراف مشارکت دارد. انتقال بار از رو سازه به زمین توسط عضوی به نام پی انجام می‏شود. نقش پی یا فونداسیون به عنوان یک قسمت انتقالی در ابنیه، قابل تحمل نمودن تنش‏های نسبتا بزرگ موجود در اجرای زیرزمین سازه از قبیل ستون، پایه و یا دیوار برای خاک است. خاک‏ها و مصالح طبیعی موجود در سطح زمین در مقایسه با اجزای روسازه از قبیل مصالح ساختمانی متداول، مانند بتن و فولاد، مقاومت و توان باربری نسبتا پایینی دارند. مهندسی پی هنر بکارگیری علوم سازه، ژئوتکنیک و قضاوت مهندسی در رابطه با تحلیل و اجرای پی بوده به نحوی که با رعایت اصول فنی، اجرایی، پایداری و اقتصادی،نهایتا سیستم پی بهینه‏ای حاصل گردد. جهت تحقق یافتن اهداف فوق مهندس پی باید درک مناسبی از رفتار و عملکرد متقابل و به عبارتی دیگر، اندرکنش خاک و سنگ بستر، و نیز شرایط روسازه را داشته باشد.
از ملزومات اساسی آنالیز و طراحی پی تعیین توان باربری (ارزیابی مقاومت خاک و سنگ)، برآورد میزان تغییرات حجمی و فشردگی بستر بر اثر بارگذاری(تخمین میزان نشست خاک) و طراحی سازه‏ای می‏باشد که در دو گام اول هندسه پی در پلان و عمق استقرار آن تعیین گردیده و سپس طراحی سازه‏ای و یا طراحی داخلی بر اساس تنش‏های داخلی بر اثر نیروهای خارجی صورت می‏گیرد که شامل انتخاب مصالح، تعیین ضخامت پی و در صورت لزوم چگونگی مسلح نمودن آن است. کنترل پایداری و طراحی خارجی نیز از ضروریات تحلیل و طراحی بوده و در نهایت کفایت سیستم طراحی شده به لحاظ اجرایی و اقتصادی مورد ارزیابی قرار می‏گیرد[1].
پی‏ها به لحاظ عمق استقرار پی به دو گروه پی‏های سطحی و پی‏های عمیق تقسیم بندی می‏شود. پی‏های سطحی از متداول‏ترین پی‏ها بخصوص برای پروژه‏های ساختمانی است که اغلب عمق استقرار آنها کمتر از عرضشان است. پی‏های سطحی شامل پی‏های منفرد، مرکب، نواری و گسترده می‏باشد. امروزه برای حالت‏هایی که تقارن محوری وجود دارد از پی‏های دایره‏ای و حلقوی استفاده می‏شود. برای پی سازه‏هایی مانند پایه‏های پل‏ها، برج‏های آبی، سیلوها و … از پی‏های حلقوی استفاده می‏شود. به لحاظ اقتصادی استفاده از پی‏های حلقوی میزان استفاده از مصالح را کاهش می‏دهد. کشورهایی که در آن مصالح اولیه برای ساخت از نظر هزینه قیمت بالایی را ایجاد می‏کند، استفاده از پی‏های حلقوی گسترش بیشتری یافته است.
در کشور ما ایران نیز از پی‏های حلقوی استفاده می‏شود. برای برج‏های خنک کننده و واحد HRSG سیکل ترکیبی نیروگاه کازرون از پی‏های حلقوی استفاده شده است.
1-2- موقعیت نیروگاه کازرون
محل نیروگاه کازرون در کیلومتر 10 جاده کازرون-فراشبند(روستای بلیان) و کیلومتر 4 جاده اختصاصی نیروگاه سیکل ترکیبی کازرون می‏باشد. موقیت جغرافیایی محل در شکل(1-1) مشخص شده است[2].
1-3- زمین شناسی عمومی منطقه
محدوده مورد مطالعه جزء واحد زمین شناسی زاگرس چین خورده می‏باشد که در جنوب غربی ایران واقع گردیده است. پهنای این واحد 150 تا 250 کیلومتر تخمین زده می‏شود. روند عمومی این منطقه شمال غربی- جنوب شرقی است و در آن رسوبات پالئوزوئیک، مزوزوئیک و ترشیری به طور هم شیب روی هم قرار دارند. این رسوبات پوشش‏های حاشیه قاره‏ای شرق پلاتفرم عربستان را تشکیل می‏داده‏اند[2].
3156585226695000
30092655397500شکل(1-1)- ( ) موقعیت جغرافیایی نیروگاه کازرون

شکل(1-2)- نمایی از برج‏های خنک کننده نیروگاه کازرون
1-4- مطالعات ژئوتکنیک
براساس مشاهدات صحرایی، بررسی نمونه‏ها و نتایج حاصل از آزمایش‏های آزمایشگاهی، قشرهای تحت الارضی در محدوده مورد نظر عمدتا شامل رس کم پلاسیسیته به رنگ قهوه‏ای می‏باشد. این لایه ها در بعضی اعماق با مقدار کمی ماسه همراه هستند. براساس طبقه‏بندی متحد خاک از نوع CL می‏باشد. سطح آب زیرزمینی به طور دقیق و با استفاده از پیزومتر سنجیده شده است. با توجه به وجود پیزومتر در محل اندازه‏گیری سطح اب در طول اجرای پروژه امکان پذیر بود. تراز آب زیرزمینی قبل از اجرای پروژه در عمق 26 متری از سطح زمین قرار داشت.
مطالعات ژئوتکنیکی نیروگاه مزبور ابتدا با حفر 3 گمانه در محل سازه برج خنک کننده انجام گردید و سپس جهت تکمیل مطالعات فوق تعداد 9 گمانه دیگر مورد بررسی قرار گرفت و در پایان به منظور تعیین خصوصیات فیزیکی خاک آزمایش‏های دانه‏بندی، هیدرومتری، حدود اتربرگ، دانسیته، سه محوری، تک محوری، تحکیم و برش مستقیم بر روی نمونه‏های معرف اخذ شده از محل انجام گرفته و بر این اساس مشخصات لایه‏ها تعیین شده است. با توجه به نتایج آزمایش‏های آزمایشگاهی، مشاهدات و آزمایش‏های صحرایی و همچنین قضاوت مهندسی و با فرض ضریب پواسون ثابت برای لایه های خاک، پارامترهای خاک محل در جدول(1-1) خلاصه شده است.
جدول(1-1)- خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک در محل برج‏های خنک کننده واحد HRSG سیکل ترکیبی نیروگاه کازرون
پارامتر علامت رس سخت
(0-8) متر رس سفت
(25-8)متر رس بسیار سفت
(40-25)متر واحد
زاویه اصطکاک داخلی دراز مدت خاک φd 28-26 27-25 19-27 درجه
زاویه اصطکاک داخلی کوتاه مدت خاک φu 10-5 10-5 10-5 درجه
چسبندگی دراز مدت Cd 1/0-0 1/0-0 1/0-0
چسبندگی کوتاه مدت Cu 9/0-7/0 0.8-0.6 2/1-8/0
وزن مخصوص γ 1/2-2 1/2-2 15/2-2
مدول الاستیسیته E 350-300 250-150 450-400
ضریب پواسون ν 4/0 4/0 4/0 –
ضریب تورم Cs 01/0 015/0 01/0 –
ضریب فشردگی Cc 13/0 15/0 13/0 –
تخلخل e 7/0-5/0 7/0-5/0 7/0-5/0 –
نسبت پیش تحکیمی OCR 5/1 5/1 5/1 –
نفوذ پذیری در جهت افقی Kx 112/0 199/0 051/0
نفوذ پذیری در جهت قائم Kz 328/0 207/0 259/0

شکل(1-3)- تغییرات عدد نفوذ استاندارد با عمق در گمانه‏های مختلف
به منظور تعیین تراکم نسبی قشرهای تحت الارضی آزمایش ضربه و نفوذ استاندارد در عمق‏های مختلف در کلیه گمانه ها انجام گردیده است. در این آزمایش تعداد ضربات حاصل از سقوط وزنه‏ای به وزن 64 کیلوگرم از ارتفاع 76 سانتیمتر که باعث نفوذ 30 سانتیمتر می‏شود ثبت می‏شود. در شکل(1-3) نمودار تغییرات تعداد ضربات بر حسب عمق برای چند گمانه نشان داده شده است. برای تعیین ضریب نفوذپذیری لایه‏ها از آزمایش لوفران استفاده شد. با توجه به پایین بودن سطح آب زیر زمینی روش انجام گرفته آزمایش به صورت هد ثابت و هد افتان بود. آزمایش در هر گمانه به صورت مجزا برای تعیین نفوذپذیری در جهت افقی و نفوذپذیری در جهت قائم انجام گردد[2].
1-5- ضرورت انجام پژوهش
پیشرفت علم مهندسی ژئوتکنیک در بکارگیری پی‏های خاص فصل نوینی در طراحی‏های مهندسی گشوده است. برای طراحی ژئوتکنیکی پی، یعنی تعیین عمق و ابعاد آن نیاز به روابطی برای محاسبه ظرفیت باربری و نشست است. تعیین صحیح ظرفیت باربری پی می‏تواند تاثیر بالایی از نظر اقتصادی داشته باشد. با توجه به شکل خاص پی های حلقوی استفاده از روابط ظرفیت باربری ارائه شده در تئوری‏های موجود کار درستی به نظر نمی‏رسد. بنابراین این ضرورت وجود دارد که روابطی برای محاسبه ظرفیت باربری پی حلقوی ارائه شود.
1-6- اهداف پژوهش
در این پژوهش به محاسبه ظرفیت باربری پی حلقوی در اعماق و ابعاد مختلف پرداخته می‎شود و سپس میزان نشست پی برج‏های خنک کننده واحد HRSG سیکل ترکیبی نیروگاه کازرون پرداخته می‏شود. در مجموع می‏توان اهداف این پژوهش را به صورت زیر بیان کرد:
– محاسبه ظرفیت باربری نهایی پی حلقوی
– محاسبه ضرایب ظرفیت باربری با استفاده از ظرفیت باربری محاسبه شده
– مقایسه ضرایب ظرفیت باربری محاسبه شده با تئوری‏های موجود
– بررسی نشست پی برج‏های خنک کننده واحد HRSG سیکل ترکیبی نیروگاه کازرون
– محاسبه ظرفیت باربری مجاز پی حلقوی برج‏های خنک کننده نیروگاه کازرون
1-7- ساختار پایان‏نامه
در فصل دوم، روش‏های مختلف محاسبه ظرفیت باربری و روابط مختلف برای محاسبه ظرفیت باربری ارائه می‏شود. همچنین در این فصل روابط مختلف برای محاسبه نشست پی‏ها ارائه شده است. در فصل سوم نحوه مدل سازی پی حلقوی در نرمافزارPLAXIS شامل مدل‎سازی هندسی، مدل‎سازی مصالح، مش‎بندی، تعیین شرایط اولیه و نحوه انجام محاسبات مورد بررسی قرار میگیرد.
فصل چهارم، تجزیه و تحلیل نتایج حاصل از الگوسازی و مقایسه نتایج بدست آمده از روش عددی با روش‏های کلاسیک می‏باشد.
فصل پنجم، جمع بندی نتایج و پیشنهاداتی در مورد برنامه‌های آتی میباشد.
فصل دوم
پژوهش‏های انجام شده
2-1- مقدمه:
عمدتا در طراحی پی‏های سطحی، نشست عامل کنترل کننده در تعیین قابلیت باربری مجاز است. مضافا به اینکه در تعیین توان باربری مجاز عوامل هندسه پی، مقاومت و سختی خاک زیر پی و ملاحظات سرویس پذیری روسازه به دلیل تحمل تغییرشکل‏ها مطرح است، و بنابراین، توان باربری و نشست پی با هم در اندرکنش بوده و نمی‏توان به صورت مجزا به آن پرداخت.
پی یک سازه که بارهای حاصل از سازه را به خاک زیرین منتقل می‏کند به عنوان یک عنصر انتقالی باید از دو نظر مورد ارزیابی قرار گیرد[3]:
– گسیختگی برشی در خاک زیر شالوده رخ ندهد.
– نشست پی تحت بارگذاری از میزان نشست مجاز بیشتر نشود.
روش‏های مختلف تعیین ظرفیت باربری پی را به طور کلی می‏توان به چهار گروه تقیسم بندی کرد[1]:
1- آنالیز استاتیکی که بر مبنای روش‏های تحلیلی گسیختگی خاک زیر یک پی در حالت حدی و مبنی بر استفاده از پارامترهای مقاومت برشی خاک می‏باشد.
2- روش‏های مکمل که شامل استفاده از داده‏های آزمایش‏های درجای خاک مثل آزمایش نفوذ استاندارد(SPT) و آزمایش نفوذ مخروط(CPT) می‏باشد.
3- استفاده از مقادیر مشخص که توسط آیین‎نامه‏ها و مراجع توصیه می‎شود.
4- استفاده از نتایج آزمایش بارگذاری که مستقیما ظرفیت باربری خاک تعیین می‏شود.
بعد از محاسبه ظرفیت باربری نهایی خاک، از تقسیم آن بر ضریب اطمینان(FS) ظرفیت باربری مجاز خاک محاسبه و براساس آن ابعاد پی تعیین می‏شود.
(2-1)
در این فصل به بررسی روش‏های مختلف تعیین ظرفیت باربری پرداخته شده و تئوری‏های موجود در زمینه ظرفیت باربری مورد بررسی قرار می‏گیرد. در ادامه این فصل با توجه به اینکه در این پروژه قصد داریم نشست پی را محاسبه کنیم به بررسی تئوری‏ها و روابط موجود در زمینه محاسبات نشست پرداخته می‏شود.
2-2- انواع گسیختگی خاک زیر پی
یک پی را در نظر می‏گیریم که تحت بارگذاری قرار دارد. اگر به تدریج بار بر شالوده وارد شود، نشست شالوده افزایش پیدا خواهد کرد. با توجه به نوع خاک زیر پی و عمق استقرار پی ممکن است سه نوع گسیختگی در خاک رخ دهد[4].
2-2-1- گسیختگی برشی کلی
در این حالت سطح گسیختگی همان طور که در شکل(2-1) نشان داده شده است تا سطح خاک اطراف پی گسترش می‏یابد. این گسیختگی به طور ناگهانی صورت پذیرفته و پس از رسیدن صفحات گسیختگی به سطح زمین و درنتیجه برآمدگی خاک اطراف، پی دچار ناپایداری می‏شود. معمولا موقعی که شالوده بر روی یک خاک ماسه‏ای متراکم یا خاک چسپنده سفت قرار بگیرد این نوع گسیختگی رخ می‏دهد.

شکل(2-1)- مکانیزم گسیختگی برش کلی
2-2-2- گسیختگی برشی موضعی
در این حالت سطح گسیختگی در خاک همانطور که در شکل(2-2) نشان داده شده است به تدریج از شالوده به سمت خارج توسعه می‏یابد. وقتی که فشار زیر شالوده زیاد شود نشست شالوده همراه با پرش‏های ناگهانی خواهد بود. از این به بعد برای اینکه سطح گسیختگی به سطح زمین توسعه یابد احتیاج به نشست قابل توجهی می‏باشد. فشار شالوده در لحظه‏ای که سطح گسیختگی به سطح زمین می‏رسد، ظرفیت باربری نهایی نامیده می‏شود. در این حالت هیچ قله حداکثری در نمودار تنش در برابر نشست مشاهده نمی‏گردد. معمولا موقعی که شالوده بر روی یک خاک ماسه‏ای با تراکم متوسط یا خاک چسپنده قرار بگیرد این نوع گسیختگی رخ می‏دهد.

شکل(2-2)- مکانیزم گسیختگی برش موضعی
2-2-3- گسیختگی برشی سوراخ‏کننده
در این حالت سطح گسیختگی همانطور که در شکل(2-3) نشان داده شده است تا سطح خاک اطراف پی گسترش نمی‏یابد و پی در خاک فرو خواهد رفت. نمودار تنش در برابر نشست با شیب تند و تقریبا به صورت خطی خواهد بود. معمولا موقعی که شالوده بر روی یک خاک ماسه‏ای شل قرار بگیرد این نوع گسیختگی رخ می‏دهد.

شکل(2-3)- مکانیزم گسیختگی برش سوراخ کننده
2-3- انواع روش‏های تحلیلی محاسبه ظرفیت باربری
2-3-1- روش تعادل حدی
در این روش فرض می‏شود که خاک در آستانه گسیختگی قرار گیرد. شکل گسیختگی معمولا به صورت یک شکل هندسی ساده در نظر گرفته می‏شود. تنش‏ها فقط در سطح گسیختگی در نظر گرفته شده و در مورد تنش در نقاط دیگر صحبتی به میان نمی‏آید. با فرض یک معیار گسیختگی و نوشتن تعادل نیروها می‏توان مقدار تنش در آستانه گسیختگی(بیشترین بار قابل تحمل) را محاسبه کرد. باید توجه داشت مقدار تنش محاسبه شده به نوع سطح گسیختگی در نظر گرفته وابسته است[5].
2-3-2- روش لغزش-خط
در این روش دو سری منحنی در زیر پی در نظر گرفته می‏شود. همانطور که در شکل(2-4) نشان داده شده است، یک سری منحنی(α) به عنوان منحنی‏های تنش و یک سری دیگر(β) به عنوان منحنی‏های سرعت درنظر گرفته می‏شود. با استفاده از یک معیار تسلیم و استفاده از معادلات تعادل یک سری معادلات دیفرانسیل نوشته شده و با استفاده از شرایط مرزی مشخص می‏توان آنها را حل کرد و مقدار تنش را در نقاط مختلف زیر پی تعیین کرد. حل این معادلات با استفاده از روش‏های تحلیلی کار راحتی نیست و برای حل این معادلات بیشتر از روش تفاضل محدود استفاده می‏شود[6].

شکل(2-4)- منحنی‏های در نظر گرفته در روش لغزش-خط
2-3-3- روش مرز بالا
اگر برای محاسبات پایداری شرایط تعادل را نادیده بگیریم و فقط سازگاری تغییر شکل‎ها را در نظر بگیریم در این صورت می‏توان یک مرز بالا برای محاسبه بار گسیختگی ارائه داد که اگر به سازه‏ای این بار وارد شود گسیختگی در آن به وجود خواهد آمد. اکر یک سطح لغزش در نظر گرفته شود و کار انجام شده به وسیله تنش‏ها در داخل خاک با کار انجام شده توسط نیروهای خارجی برابر قرار داده شود می‏توان نیروی وارد شده را محاسبه کرد[5].
2-3-4- روش‏های عددی
در سال‏های اخیر به طور وسیعی از روش‏های عددی برای محاسبه ظرفیت باربری استفاده شده است. در این روش می‏توان به بررسی تنش وکرنش در تمام نقاط خاک پرداخت. برای مدل‏سازی خاک از یک معیار گسیختگی استفاده می‏شود. معمولا روش عددی به دو صورت انجام می‏گیرد. روش اول استفاده از تفاضل محدود است که در آن خاک به صورت یک شبکه از نقاط در نظر گرفته می‏شود و تنش و کرنش در نقاط شبکه محاسبه می‏شود. روش دیگر استفاده از روش المان محدود است که در آن خاک به اجزای کوچکتر(مش) تقسیم می‏شود و سپس تنش و کرنش در نقاط مختلف حتی نقاط در داخل یک المان محاسبه می‏شود. در روش عددی هرچه تعداد المان‏ها و شبکه بندی‏ها بیشتر شود محاسبات دقیقتری انجام می‏گیرد ولی زمان محاسبات بالا می‏رود. البته باید توجه داشت که اگر مش خیلی ریز شود به دلیل انباشتگی خطا، ممکن است در جواب مسئله خطای زیادی ایجاد ‏شود.
2-4- محاسبه ظرفیت باربری
ترزاقی[7] اولین کسی بود که نظریه‏ای برای محاسبه ظرفیت باربری نهایی شالوده‎های سطحی ارائه کرد. او از روش تعادل حدی برای محاسبه ظرفیت باربری استفاده کرد. ترزاقی سطح گسیختگی برشی در زیر بار نهایی یک شالوده نواری(نسبت طول به عرض خیلی بزرگ) را همانند شکل(2-5) فرض کرد. در واقع گسیختگی زیر یک پی را گسیختگی برشی کلی در نظر گرفت. با توجه با شکل(2-5) منطقه گسیختگی در خاک زیر شالوده به سه ناحیه قابل تفکیک است:
– ناحیه مثلثی bde زیر شالوده
– نواحی برشی شعاعی bcd و edf با سطح گسیحتگی منحنی که قسمتی از یک اسپیرال لگاریتمی هستند.
– دو ناحیه مقاوم رانکین مثلثی efg و acb
ترزاقی فرض کرد که زاویه α مساوی زاویه اصطکاک داخلی خاک(φ) باشد. بنابراین با استفاده از اصول تعادل رابطه زیر برای محاسبه ظرفیت باربری نهایی شالوده نواری پیشنهاد شد:
(2-2)
که در آن c چسبندگی خاک، γ وزن مخصوص خاک، q سربار ناشی از خاک بالای سطح زیرین شالوده و Nc،Nq،Nγ ظرایب ظرفیت باربری هستند که فقط تابعی از زاویه اصطکاک خاک هستند. این ضرایب از روابط زیر محاسبه می‏شود:
(2-3)
(2-4)
(2-5)
kp ضریب فشار مقاوم خاک می‏باشد.

شکل(2-5)- مکانیزم گسیختگی در نظر گرفته شده توسط ترزاقی
ترزاقی برای محاسبه ظرفیت باربری نهایی شالوده دایره رابطه زیر را پیشنهاد کرد:
(2-6)
که D قطر شالوده دایره می‏باشد.
در رابطه تعیین ظرفیت باربری ترزاقی، مقاومت برشی آن قسمت از سطح گسیختگی که در بالای سطح زیرین شالوده قرار دارد را منظور نمی‏کند. همچنین ظرفیت باربری را فقط برای بارهای قائم محاسبه می‏کند. مایرهوف[8] در سال 1963 شکل گسیختگی زیر یک پی را به صورت شکل(2-6) در نظر گرفت و رابطه زیر را برای محاسبه ظرفیت باربری ارائه کرد:
(2-7)
که در آن:
ضرایب عمق پی
ضرایب شکل پی
ضرایب شیب بار
مایرهوف فرض کرد که زاویه α مساوی 45+φ/2 باشد. ضرایب ظرفیت باربری از روابط زیر محاسیه می‏شود:
(2-8)
(2-9)
(2-10)

شکل(2-6)- مکانیزم گسیختگی در نظر گرفته توسط مایرهوف
هنسن[9] در سال 1970 سطح گسیختگی زیر یک پی را مانند ترزاقی در نظر گرفت. البته فرض کرد که زاویه α مساوی φ باشد. هنسن Nc و Nq را مانند روابط مایرهوف در نظر گرفت و Nγ را به صورت زیر اصلاح کرد:
(2-11)
مانوهاران و دسگوپا[10] در سال 1993 ظرفیت باربری پی دایره‏ای را به روش المان محدود محاسبه کردند. مدل المان محدود مورد استفاده در این روش برای پی به قطر D در شکل(2-7) نشان داده شده است. برای نوشتن الگوریتم المان محدود از المان‏های هشت گره‏ای استفاده شد.
پی صلب در دو حالت مورد بررسی قرار گرفت:
– پی صاف
در این حالت فرض می‏شود که در اثر اعمال بار خاک زیر پی بتواند به صورت افقی جابجا شود. به عبارتی دیگر از اصطکاک بین پی و خاک صرف نظر می‏شود.
– پی زبر
در این حالت فرض می‏شود که در اثر اعمال بار خاک زیر پی نتواند به صورت افقی جابجا شود. به عبارتی دیگر اصطکاک بین پی و خاک بینهایت در نظر گرفته می‏شود.

شکل(2-7)- مدل المان محدود مورد استفاده در روش مانوهاران و دسگوپا

شکل(2-8)- جابجایی در زیر پی صاف

شکل(2-9)- جابجایی در زیر پی زبر
در شکل‏های(2-8) و (2-9) جابجایی در زیر پی صاف و زبر در تحلیل مانوهاران و دسگوپا نشان داده شده است. ضرایب ظرفیت باربری به صورت زیر محاسبه شدند.
– محاسبه Nc
برای محاسبه Nc فرض شد که خاک بدون وزن باشد. همچنین پی سطحی باشد، یعنی فشار سربار(q) صفر باشد. درنتیجه:
(2-12)
نتیجه کار برای محاسبه Nc در شکل(2-10) نشان داده شده است.

شکل(2-10)- تغییرات Nc با زاویه اصطکاک داخلی در روش مانوهاران و دسگوپا
– محاسبه Nq
برای محاسبه Nq فرض شد که خاک بدون چسبندگی و بدون وزن باشد. درنتیجه:
(2-13)
نتیجه کار برای محاسبه Nq در شکل(2-11) نشان داده شده است.
– محاسبه Nγ
برای محاسبه Nγ فرض شد که خاک بدون چسبندگی باشد. همچنین پی سطحی باشد، یعنی فشار سربار(q) صفر باشد. درنتیجه:
(2-14)
نتیجه کار برای محاسبه Nγ در شکل(2-12) نشان داده شده است

شکل(2-11)- تغییرات Nq با زاویه اصطکاک داخلی در روش مانوهاران و دسگوپا
.
شکل(2-12)- تغییرات Nγ با زاویه اصطکاک داخلی در روش مانوهاران و دسگوپا
کومار و گوش[11] مقدار Nγ را برای پی دایره‏ای و حلقوی محاسبه کردند. آنها از روش لغزش-خط برای محاسبه Nγ استفاده کردند. همچنین فرض شد که زاویه اصطکاک بین خاک و پی(δ) از صفر تا زاویه اصطکاک داخلی خاک(φ) تغییر کند. نتایج حاصل از کار کومار و گوش در جدول(2-1) نشان داده شده است.
جدول(2-1)- مقدار Nγ برای اصطکاک مختلف بین خاک و پی
φ
0/31 0/29 0/27 0/21 0 10
0/37 0/35 0/33 0/24 0/25 0/40 0/40 0/38 0/32 0/5 – 2/20 1/96 1/28 0 20
2/87 2/67 2/36 1/6 0/25 3/16 3/02 2/74 1/44 0/5 – 14/99 12/79 7/13 0 30
20/45 18/48 15/56 8/67 0/25 22/92 21/28 18/42 8/2 0/5 هاتف و بوشهریان[12] در سال 2001 رفتار پی حلقوی روی خاک ماسه‏ای را به صورت عددی مورد بررسی قرار دادند. آنها از نرم‏افزار plaxis برای بررسی رفتار پی استفاده کردند. از مدل مور-کولمب برای مدل‏سازی مصالح، شرایط تقارن محوری و المان‏های 15 گره‏ای استفاده شد. مدل هندسی این آنالیز در شکل(2-14) نشان داده شده است. قطر خارجی پی برابر 3 سانتیمتر و قطر داخلی به صورت متغییر در نظر گرفته شد. در شکل(2-15) تغییرات نسبت قطر داخلی به قطر خارجی پی در برابر ظرفیت باربری نشان داده شده است.
همانطور که این شکل نشان می‏دهد در نسبت قطر حدود 4/0 ظرفیت باربری به مقدار حداکثر خود رسیده است. البته این مقدار همیشه ثابت نیست و هاتف و رضوی[13] در سال 2003 این مقدار را بین 2/0 تا 4/0 پیش‏بینی کردند.

شکل(2-13)- مدل در نظر گرفته شده به وسیله هاتف و بوشهریان

شکل(2-14)- ظرفیت باربری محاسبه شده توسط هاتف و بوشهریان
زیو و وانگ[14] در سال 2006 ظرفیت باربری پی حلقوی را روی خاک ماسه‏ای مورد ارزیابی قرار دادند. آنها از روش تفاضل محدود و نرم افزار Flac برای محاسبه ظرفیت باربری استفاده کردند. در شکل(2-15) مدل هندسی این تحلیل نشان داده شده است. قطر خارجی پی برابر 3 متر و قطر داخلی به صورت متغیر در نظر گرفته شد. با توجه به اینکه خاک غیر چسبنده و عمق پی صفر در نظر گرفته شد ظرفیت باربری پی از رابطه زیر محاسبه می‏شود:
(2-15)
که در آن ضریب ظرفیت باربری با در نظر گرفتن ضرایب شکل پی است و مقدار آن را برای پی حلقوی می‏توان از رابطه زیر محاسبه کرد:
(2-16)

شکل(2-15)- مدل تفاضل محدود در نظر گرفته شده توشط زیو و وانگ
نتایج حاصل از تحلیل زیو و وانگ برای پی صاف و زبر در شکل‏های(2-16) و (2-17) ارائه شده است. مقدار با افزایش نسبت قطر داخلی به قطر خارجی پی کاهش می‏یابد. همچنین برای پی‏های زبر به ویژه در زاویه اصطکاک داخلی بالا، مقدار ظرفیت باربری به طور قابل ملاحظه‏ای از ظرفیت باربری پی صاف بیشتر است.

شکل(2-16)- مقدار Nγ برای پی حلقوی در حالت صاف

شکل(2-17)- مقدار Nγ برای پی حلقوی در حالت زبر
2-5- نشست پی‏ها
نشست سازه‏ها در اثر تغییرشکل و تغییر حجم خاک بستر و یا زیر سازه تحت تنش وارد شده اتفاق می‏افتد. مجموعه تغییرشکل‏های فوق در نتیجه تغییر حجم الاستیک و پلاستیک دانه‏ها، تغییر حجم توده خاک در نتیجه خروج آب و هوا از منافذ اتفاق می‏افتد.
2-5-1- نشست آنی
تغییر مکان عمودی زیر یک سطح بارگذاری شده تحت فشار یکنواخت q در یک توده نیم بینهایت، همگن و همسان که در محدوده کشسانی قرار دارد و از قانون هوک تبعیت میکند، برابر است با[15]:
(2-17)
در این رابطه Is ضریب تاثیر است که به هندسه سطح بارگذاریشده بستگی دارد. در رابطه(2-17) فرض شده است که پی سطحی باشد. شرایط فوق، فرضیاتی است که نسبتا مجازی بوده که با شرایط عملی مطابقت ندارد. برای شرایط واقعی جانبو و بیروم[16] در سال1956 تصحیحاتی در رابطه(2-17) به عمل آورد تا عمق استقرار پی و نیز ضخامت محدود لایه نشست پذیر در محاسبات منظور گردد. رابطه زیر برای محاسبه نشست یک پی به طول L و عرض B ارائه گردید:
(2-18)
که درآنμ0 و μ1ضرایب تاثیر هستند که از شکل‏های(2-18) و (2-19) محاسبه می‏شود.

شکل(2-18)- نمودار تعیین محاسبه μ1 [16]

شکل(2-19)- نمودار تعیین محاسبه μo[16]
باولز[17] روابط زیر را برای محاسبه نشست آنی ارائه داد:
(2-19)
(2-20)
که درآن I1 و I2 ضرایب تاثیر هستند که از روابط زیر محاسبه می‏شود:
(2-21)
(2-22)
که درآن
(2-23)
مقدار If نیز از شکل(2-20) محاسبه می‏شود.

شکل(2-20)- مقادیر تصحیح عمق بر اساس D/B و L/B
گازتاز و همکاران[18] در سال‏های 1985 تا 1991 تجدیدنظرهایی در ارتباط با رابطه پایه نشست آنی بعمل آوردند که نظرات آنها به شرح زیر است:
سختی خاک عموما با عمق افزایش می‏یابد و حاصل آن کاهش نشست است().
وجود تنش‏های حاصل از بارگذاری، افزایش تنش‏های احاطه کننده را در محدوده میانی خاک زیر پی را داشته و بنابراین خاک سخت‏تر عمل نموده و این پدیده اثرات عمق استقرار نامیده می‏شود().
بخشی از بار وارده روی پی می‏تواند از طریق دیواره‏های اطراف پی که با آن یکپارچه هستند تحمل گردد. تحمل بخشی از بار توسط اصطکاک جانبی موجب کاهش نشست یا همان تغییر شکل قائم خواهد شد که این پدیده اثرات تماسی جانبی دیوار نامیده می‏شود().
بنابراین:
(2-24)
که مقدار سه ضریب اصلاحی به شرح زیر است:
(2-25)
(2-26)
(2-27)
Ab سطح تماس کف پی با زمین و Aw سطح تماس دیوار به عنوان بخش مدفون پی می‏باشد. برای پی دایره‏ای مقدار ، 785/0 در نظر گرفته می‏شود.
2-5-2- نشست تحکیم
تحکیم در خاک‏های ریزدانه اشباع اتفاق می‏افتد. در اثر ساخت و اعمال بار یا وزن لایه‏های بالایی ابتدا تمام فشار اضافی به آب منتقل شده که به علت نفوذ پذیری پایین خاک امکان زهکشی فراهم نبوده ولی به مرور زمان اختلاف فشار موجود کم شده به طوری که در نهایت تمام فشار اضافی ناشی از بارگذاری به ذرات خاک منتقل می‏شود[19].
اگر یک لایه رسی تحت افزایش تنش قرار گیرد، در صورتی که لایه رس عادی تحکیم یافته باشد میزان نشست آن را می‏توان از رابطه زیر محاسبه کرد:
(2-28)
در صورتی که رس پیش تحکیم یافته باشد و تنش آن بعد از افزایش تنش از فشار پیش‏تحکیمی کمتر باشد میزان نشست آن را می‏توان از رابطه زیر محاسبه کرد:
(2-29)
در صورتی که رس پیش تحکیم یافته باشد و تنش آن بعد از افزایش تنش از فشار پیش‏تحکیمی بیشتر باشد میزان نشست آن را می‏توان از رابطه زیر محاسبه کرد:
(2-30)
در روابط(2-28) تا (2-30) e0 تخلخل اولیه، σ0 تنش اولیه، σc فشار پیش‏تحکیمی،H ضخامت لایه رسی، Cc ضریب فشردگی، Cs ضریب تورم می‏باشد.
روابط ارائه شده برای تحکیم بر اساس آزمایش و فرضیات به عمل آمده در حالت تحکیم یک بعدی است که در عمل و در سایت چنین وضعیتی را نداشته و اصلاحاتی در این خصوص برای فشارهای اطراف صورت گرفته که می‏توان به رابطه پیشنهادی اسکمپتون و بیروم[20] در این خصوص اشاره نمود:
(2-31)
Sact : نشست تحکیمی واقعی
Sc : نشست محاسباتی مربوط به تحکیم یک بعدی
μs : ضریب اصلاح است که می‏توان از شکل(2-21) محاسبه کرد.

شکل(2-21)- ضریب اصلاح نشست تحکیم یک بعدی به مقدار واقعی[20]
فصل سوم
مدل‏سازی
MACROBUTTON MTEditEquationSection2 Equation Chapter 1 Section 1 SEQ MTEqn \r \h \* MERGEFORMAT SEQ MTSec \r 1 \h \* MERGEFORMAT SEQ MTChap \r 1 \h \* MERGEFORMAT 3-1- مقدمه
توسعه روزافزون نرم‌افزارهای رایانه‌ای و کاربرد آن‌ها در علوم مختلف، تحولات بزرگی در دقت نتایج حاصل از تحلیل‌های مربوطه ایجاد نموده است. علم مهندسی ژئوتکنیک نیز از این قاعده مستثنی نبوده و تاکنون نرم‌افزارهای متعددی در شاخه‌های مختلف آن ارائه شده است. یکی از نرم‌افزارهای مفید و کاربردی، PLAXIS می‌باشد. PLAXIS یک برنامه کامپیوتری المان محدود با اهداف به خصوصی است که برای انجام آنالیز پایداری و تغییر شکل در کاربردهای مختلف ژئوتکنیکی استفاده می‌شود.
برنامه PLAXIS در محیط ویندوز قابل اجرا بوده و دارای قابلیت‌های فراوان می‌باشد و در عین حال استفاده از آن برای کاربر آسان و راحت است. تهیه این برنامه در سال 1987 در دانشگاه دلف هلند آغاز شد و به تدریج گسترش بیشتری یافت و با همکاری دیگر متخصصین ژئوتکنیک در اروپا همانند متخصصین دانشگاه اشتوتگارت المان ادامه یافت و تکمیل این برنامه همچنان ادامه دارد.
در این فصل ابتدا به معرفی نرم‏افزار PLAXIS و دلایل انتخاب این نرم افزار پرداخته می‏شود. سپس مراحل مدل سازی در نرم افزار به صورت گام به گام ضمن مدلسازی کار حاضر توضیح داده می‏شود.
3-2- دلایل انتخاب نرم‌افزار PLAXIS برای انجام تحقیق
برای تحلیل به روش اجزاء محدود از نرم‌افزارهایی مثل انسیس، لوسس، نیسا، کریسپ، پلاکسیس و یا هر نرم‌افزار غیرخطی دیگری که معیارهای تسلیم مناسب و المان‌های مورد نیاز برای تحلیل را داشته باشد می‌توان استفاده کرد. در این پروژه از نرم‌افزار PLAXIS برای انجام کارها استفاده می‌شود. دلایل عمده انتخاب نرم‌افزار PLAXIS به شرح زیر می‌باشد:
1- نسخه‌های مختلف این نرم‌افزار در دسترس است و از لحاظ نصب، نیازهای سخت‌افزاری، تحلیل و… دارای مشکلی نمی‌باشد
2- انواع مختلف معیارهای تسلیم در این نرم‌افزار موجود می‌باشد.
3- قابلیت‌های این نرم‌افزار در تولید خطوط، سطوح و همچنین در تولید المان‌ها و مش‌بندی اتوماتیک، بسیار بالا می‌باشد.
4- فایل ورودی که این برنامه می‌سازد بسیار قابل فهم می‌باشد، به نحوی که به راحتی می‌توان تغییرات مورد نظر را در فایل ورودی وارد کرد و نیازی به مدل کردن مجدد مدل نمی‌باشد.
5- امکانات گرافیکی این برنامه بسیار مناسب می‌باشد به نحوی که علاوه بر مشاهده‌ کانتورهای تنش و تغییر شکل می‌توان چگونگی تغییرات آن‌ها را نیز از ابتدا تا انتهای بارگذاری مورد بررسی قرار داد. این امر برای بررسی چگونگی گسترش منطقه پلاستیک طی مراحل مختلف بارگذاری و یا چگونگی تغییر شکل‌ سازه در این مراحل بسیار کاربرد خواهد داشت.
3-3- کلیاتی در مورد PLAXIS
نرم‌افزار PLAXIS دارای چهار زیربرنامه ‌ ورودی، محاسبات، خروجی و منحنی می‌باشد که در ادامه به طور مختصر در مورد آن‌ها توضیح داده می‌شود.
3-3-1- معرفی داده‌های ورودی
اطلاعات ورودی در برنامه PLAXIS به چهار نوع متمایز زیر تقسیم می‌شود:
1- اطلاعات ورودی مربوط به اجزاء هندسه مدل (مانند ترسیم لایه خاک)
2- اطلاعات ورودی متنی (مانند تخصیص نام پروژه)
3- اطلاعات ورودی مربوط به مقادیر (تخصیص پارامترهای مدل)
4- اطلاعات ورودی مربوط به انتخاب‌ها (مانند انتخاب مدل خاک)
به طورکلی زیربرنامه ورودی شامل تمام قابلیت‌های مربوط به رسم و تغییر مدل هندسی، مش‌بندی المان محدود متناظر آن و ایجاد شرایط اولیه می‌باشد.
3-3-2- انتخاب نوع مدل
برای آنالیز هر پروژه، نخست ایجاد یک مدل هندسی اهمیت دارد. یک مدل هندسی، نمایش دوبعدی از نمونه سه‌بعدی واقعی است که باید در برگیرنده‌ی نمونه‌ای از خاک بستر متشکل از لایه‌های مجزای خاک، اجزاء سازه‌‌ای، مراحل ساخت و نوع بارگذاری باشد. مدل باید به اندازه‌ کافی بزرگ باشد تا مرزها روی نتایج نمونه مورد مطالعه تأثیر نگذارد.
در این برنامه‌، می‌توان سازه را به صورت تقارن محوری یا کرنش مسطح شبیه‌سازی نمود. در مواردی که سازه دارای سطح مقطع یکنواخت باشد و همچنین شرایط تنش و نحوه‌ بارگذاری در امتداد عمود بر سطح مقطع، ثابت باشد و جابجایی‌ها در امتداد عمود بر سطح مقطع صفر فرض شود، از مدل کرنش صفحه‌ای استفاده می‌شود.
مدل تقارن محوری برای سازه‌های دایره‌ای شکلی به کار می‌رود که سطح مقطع شعاعی و نحوه‌‌ی بارگذاری آن‌ها، حول محور مرکزی یکنواخت باشد و تنش‌ها و تغییر شکل‌ها در همه‌ امتدادهای شعاعی مشابه باشد.
در مورد پی‏های حلقوی، شرایط مسئله با حالت تقارن محوری سازگاری دارد. بنابراین در این پایان نامه از تقارن محوری استفاده شده است.

شکل(3-1)- مدل سازی کرنش مسطح و تقارن محوری
3-3-3- انتخاب نوع المان
کاربر برای مدل کردن لایه‌های خاکی و سایر حجم‌های انبوه باید یکی از اجزاء مثلثی 15 گرهی یا 6 گرهی را انتخاب نماید. المان 15 گرهی موجب محاسبه‌ای دقیق از تنش‌ها و بارهای گسیختگی می‌شود. المان‌های 15 گره‌ای نرمتر و انعطاف‌پذیرتر از مش‌های متشکل از المان‌های 6 گره‌ای هستند، اما زمان بیشتری برای محاسبه آن صرف می‌شود. سه وجهی‌های 6 گره‌ای برای محاسباتی که نیاز به زمان کمتری دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این پروژه، از المان 15 گره‌ای استفاده شده است.

شکل(3-2)- المان‏های موجود در نرم‏افزار PLAXIS
در شکل(3-3) پنجره تنظیمات کلی در نرم‏افزار نشان داده شده است.

شکل(3-3)- پنجره تنظیمات کلی در نرم‏افزار PLAXIS
3-4- مدل سازی هندسی
برای ایجاد مدل المان محدود باید ابتدا مدل هندسی رسم شود. مدل هندسی شامل نقاط، خطوط و توده‌ها می‌باشد. خطوط و نقاط توسط کاربر وارد می‌شوند در حالی که توده‌ها توسط برنامه ترسیم می‌شوند. هندسه مدل فقط شامل موقعیت اولیه نمی‌شود بلکه شامل موقعیت‌های مختلفی که در مراحل محاسباتی اتفاق می‌افتد نیز می‌شود.
در کار حاضر دو نوع مدلسازی صورت گرفت. در حالت اول مدل سازی برای محاسبات ظرفیت باربری در حالت کلی صورت گرفت. برای این کار فرض می‎شود که پی روی یک محیط نیم‏بینهایت باشد. بنابراین ضخامت لایه 200 متر فرض شد. این ضخامت به این خاطر بود که لایه مانند یک لایه خاک تا عمق بینهایت درنظر گرفته شود تا بتوان نتایج حاصل را با نتایج تئوری‏های ظرفیت باربری که معمولا برای محدوده نیم بینهایت ارائه شده، مقایسه شود. همچنین برای از بین بردن اثر مرزها روی پی فاصله مرزها از مرکز پی در نظر گرفته شد. بدلیل تقارن فقط نیمی از هندسه در مدلسازی استفاده شد. در مرز پایین مدل از جابجایی افقی و عمودی و در مرزهای قائم از جابجایی افقی جلوگیری شد. در شکل(3-4) مدل هندسی در نظر گرفته در این پروژه نشان داده شده است. r0 شعاع خارجی و ri شعاع داخلی پی حلقوی


تاثیر پارامتر های ژئوتکنیکی خاک بر طراحی پی های حلقوی ، مطالعه موردی برج های خنک‏کن نیروگاه کازرون پایان نامه ها
قیمت: 11200 تومان

این نوشته در پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *