گسیختگی، باربری، شالوده، نیروگاه، حلقوی، پی‏های

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 خا

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 *