دانلود پروژه:تحلیل ظرفیت و رفتار گروه شمع بتنی در خاکهای روانگراتحت اثر بارهای لرزه ای

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                   صفحه

فصل اول: مقدمه و کلیات

مقدمه 2

فصل دوم: بررسی منابع و پیشینه موضوع

2-1- بررسی نیروهای وارد بر شمع تکی تحت اثر بروز روانگرایی. 5

2-2- شمع. 8

2-2-1- انواع شمع و مشخصات سازه‌ای آن‌ها 9

2-2-1-1- شمع‌های فولادی. 9

2-2-1-2- شمع‌های بتنی. 10

2-2-2- معیاری انتخاب شمع. 11

2-2-3- روش‌های تحلیل استاتیکی برای تعیین ظرفیت باربری شمع‌ها 13

2-2-3-1-  معیارهای طراحی شمع. 13

2-2-3-2- ملاحظات عمومی. 14

2-2-3-3- ظرفیت باربری (Bearing Capacity) 16

2-2-3-3-1- نشست (Settlement) 16

2-2-3-4- مقاومت سازه‌ای (Structural Strength) 16

2-2-3-3- ظرفیت باربری فشاری محوری. 17

2-2-3-4- مقاومت نوک (کف یا انتهای شمع) 18

2-2-3-4-1-روش مایرهوف.. 20

2-2-3-4-2- روش وسیک… 23

2-2-3-4-3- روش جانبو. 25

2-2-3-5- مقاومت اصطکاکی. 26

2-2-3-5-1- روش براساس تنش مؤثر یا مقاومت زهکشی شده 26

2-2-3-5-2- روش  براساس تنش کل یا مقاومت زهکشی نشده 28

2-5-4-کاربر روش  در شمع‌های ریختنی. 28

2-4- روانگرایی. 30

2-4-1-  پدیده روانگرایی. 30

1-4-1. تعاریف و مفاهیم کلی. 31

2-4-2- بررسی عوامل مؤثر بر روانگرایی خاک‌ها 33

2-4-2-1- عوامل تاریخچه‌ای. 33

2-4-2-2- عوامل زمین‌شناسی. 33

2-4-2-3- بافت و ساختمان خاک.. 34

2-4-2-4- شرایط اولیه خاک.. 34

2-4-3- خسارتهای ناشی از روانگرایی. 35

2-6- دلایل گسیختگی شمع‌ها در خاک روانگرا 39

2-6-1- بررسی اثرات روانگرایی روی شمع‌ها 39

2-6-1-1-رفتار فونداسیون های شمعی در طول زلزله 42

2-6-2- شرایط شمع در خاک روانگرا 43

2-6-3- رفتار کمانشی شمع در خاک روانگرا 46

2-6-3-1- رفتار کمانشی شمع در خاک‌های لایه‌ای. 49

2-6-3-2- ضریب واکنش بستر در خاک روانگرا 52

2-6-4- برآورد طول مؤثر شمع در خاک با لایه روانگرای سطحی. 53

2-6-6- ناسازگاری بین باور موجود و گسیختگی لرزه‌ای شمع در خاک‌های روانگرا 57

2-6-7- نحوه اندر کنش خاک و سازه در خلال زلزله 59

2-6-8- مکانیسم‌های بنیادی گسیختگی در شالوده‌های شمعی و روش‌های طراحی شمع‌ها در خاک روانگرا: 60

2-6-9- تأثیرات روانگرایی لرزه‌ای. 68

2-6-9-1-تغییر در رفتار و عملکرد سازه 69

2-6-9-2- تغییر در پارامترها و مشخصات خاک.. 69

2-6-10- مطالعات آزمایشگاهی. 70

2-6-11- سایر روش‌های طراحی. 70

2-6-11-1- روش نیرو یا محاسبه توازن محدود 71

2-6-11-2- تحلیل جابجایی یا p-y. 71

2-7- روش‌های گوناگونی برای بررسی مدلسازی پدیده روانگرایی. 75

2-7-1- مقدمه 75

2-7-2- روش‌های تحلیلی. 75

2-7-2-1-روش تیر الاستیک… 75

2-7-2-2- روش توهاتا و همکاران. 76

2-7-2-3- روش یاسودا و همکاران. 76

2-7-2-4-روش بلوک لغزنده 77

2-7-2-5-روش سید و گودمن. 77

2-7-2-6- اصلاحات روش بلوک لغزنده توسط محققین مختلف.. 77

2-7-2-7- روش بازیار و همکاران [28] 77

2-7-2-8- روش بازیار و دوبری. 77

2-7-2-9- روش تابودا و همکاران. 78

2-7-2-10- روش شارپ و دوبری. 78

2-7-3- روش‌های تجربی. 78

2-7-4- روش‌های عصبی و منطق فازی. 79

2-7-5-روش‌های عددی. 79

2-7-5-1- مدلسازی با شبیه‌سازی رفتار خاک روانگرا با سیال ویسکوز. 79

2-7-5-1-1- روش ازوکا و همکاران. 79

2-7-2-1-2- روش تامات و توهاتا 80

2-7-5-1-3- روش هادیوش و همکاران. 80

2-7-5-2- مدلسازی خاک روانگرا 80

2-7-5-2-1-روش زینکویچ و همکاران. 81

2-7-5-2-2- روش پریوست.. 81

2-7-5-2-3- روش فین و همکاران. 81

2-7-5-2-4- روش شیمیو و همکاران. 82

2-7-5-2-5- روش یاسودا و همکاران. 82

2-7-5-2-6- روش جی یو و همکاران. 83

2-7-5-2-7- روش آیدان و همکاران. 83

2-7-5-2-8- روش هامادا و همکاران. 83

2-7-5-2-9- روش یانگ و همکاران. 84

2-7-5-2-10-روش الجمال و همکاران. 84

فصل سوم:  معرفی نرم افزار

3-1- مقدمه 86

3-2-1- مباني برنامه ABAQUS و نحوه مدلسازی در آن: 86

3-2-2- پيش پردازش  (ABAQUS/CAE) 87

3-2-3-  پردازش (استاندارد و يا صريح ABAQUS) 88

3-2-4- مرحله بعد از پردازش(ABAQUS/CAE) 88

3-2-5- اجزاي يك مدل تحليلي (ABAQUS/CAE) 88

3-2-5-1-  هندسه مجزا 88

3-2-5-2- خصوصيات سطح مقطع المانها 89

3-2-5-3-  داده هاي مصالح. 89

3-2-5-4- بارها و شرايط تكيه گاهي. 89

3-2-5-5- نوع تحليل. 90

3-2-5-6- داده هاي خروجي. 90

3-2-6- اجزاي يك مدل تحليلي (ABAQUS/CAE) 90

3-2-6-1- مراحل كار با برنامه ABAQUS/CAE. 91

2-3-6-2- اجزاي پنجره اصلي برنامه ABAQUS/CAE. 92

3-2-7- المان‌هاي موجود در نرم افزارABAQUS. 94

3-2-7-1- اجزاي محدود و اجسام صلب.. 95

3-2-7-2- المان هاي محيط پيوسته 95

3-2-7-3- كتابخانه المان‌هاي سه بعدي در ABAQUS استاندارد 95

3-2-7-4- كتابخانه المانهاي سه بعدي در ABAQUS صريح. 95

3-2-7-5- المان هاي پوسته اي. 96

3-2-7-6- المان هاي تير. 96

3-2-8- انواع تحليل در نرم افزار ABAQUS. 96

3-2-8-1- تحليل ديناميكي خطي. 96

3-2-8-2-تحليل غيرخطي. 96

3-2-8-2-1- تحليل خطي. 96

3-2-8-2-2- تحليل غيرخطي. 97

3-2-8-2-3-  تحليل ديناميك صريح غيرخطي. 98

3-2-8-2-4-  تحليل شبه استاتيكي به كمك تحليل صريح. 98

3-4- مبانی تئوریک مدلسازی روانگرایی. 99

3-4-1-مقدمه 99

3-4-2- تئوری محیط‌های متخلخل اشباع. 100

3-4-3- فرمولاسیون همبسته برای آنالیز تنش مؤثر محیط متخلخل اشباع. 101

3-4-3-1- معادله تعادل مومنتوم کل المان. 101

3-4-3-2-معادله تعادل مومنتوم برای فاز سیال. 101

3-4-3-3- معادله تعادل جرم 102

3-5- المان مناسب برای آنالیز همبسته از نوع U-P. 104

3-6- انتخاب مدل رفتاری مناسب برای خاک ماسه‌ای. 105

3-7-  فرمولاسیون مدل رفتاری منظری- دافالیاس (1997) 108

3-7-1-رفتار الاستیک… 110

3-7-2- سطح تسلیم 110

3-7-3- قانون جریان. 111

3-7-4-  سطوح حدی و اتساعی. 112

3-7-5- قانون سخت‌شوندگی. 113

3-7-6- ضریب اتساع. 113

3-7-7- مدول پلاستیک… 113

فصل چهارم 114

بررسی بحث ونتایج. 114

4-1- مقدمه 115

4-2- مدلسازی عددی. 115

4-3- مدل رفتاری. 115

4-4- روند مدل‌سازی سیستم شمع. 118

4-5- روش تحلیل. 122

4-6- مقایسه نتایج. 124

فصل پنجم: نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات

5-1- مقدمه 139

5-2- جمع بندی و نتیجه گیری. 139

5-3- ارائه پیشنهادات.. 140

منابع. 141

فهرست جداول

عنوان                                                                                                   صفحه

جدول 2-1: حدود I_r با توجه به نوع خاک……………………………………………………. 24

جدول 2-1: بررسی پدیده روانگرایی در زلزله‌های گذشته [7]…………………………………… 38

جدول 1. تابع‌های تغییرشکل وابسته به شرایط مرزی متفاوت [4]…………………………………. 47

جدول 1 . ضریب کاهشی برای پارامترهای خاک در حالت روانگرایی برای تحلیل شرایط بارگذاری اینرسی 62

جدول 1. ضرایب تعدیل (اطمینان) به ازای ثوابت خاک و در  هنگام روانگرایی……………………… 72

جدول 4-1: مشخصات لایه‌های خاک……………………………………………………….. 119

جدول4-2: مشخصات مدل‌های مرجع………………………………………………………. 120

جدول 4-3: ضرایب میرایی رایلی برای لایه‌های خاک…………………………………………. 121

 

 

 

فهرست اشکال

عنوان                                                                                                   صفحه

شکل2-1: الف( – گسیختگی شالودة ساختمانها (زلزلة آلاسکا)    شکل2-1: ب( گسیختگی برشی در محل اتصال شمع در اثر زلزله لوماپریتا     6

شکل 2-2: شمع‌های بتنی اجرا شده [5]………………………………………………………………………….. 9

شکل 2-3: لوله‌های فولادی بکار رفته در شمع‌های فولادی [6]………………………………………………….. 10

شکل 2-4: شکل عمومی منحنی بار- تغییر مکان برای شمع تحت بار محوری فشاری…………………………….. 14

شکل 2-5: نمودار تعادل نیروها برای یک شمع تحت بار محوری فشاری…………………………………………. 15

2-6: ظرفیت باربری فشاری (Q_ult)…………………………………………………………………………….. 18

شکل 2-7: مکانیسم‌های مختلف گسیختگی در پائین و اطراف نوک شمع‌ها (Vesic, 1967)…………………… 19

شکل 2-8: شمع‌های متکی بر مقاومت نوک……………………………………………………………………… 20

شکل 2-9: تغییرات برابری نوک شمع در ماسه‌ی همگن با (فرض مفهوم عمق بحرانی)……………………………. 21

شکل 2-10: تغییرات  با زوایه‌ی اصطکاک داخلی خاک برای  و ……………………………. 22

شکل 2-11: تغییرات حداکثر مقادیر  و  با زاویه‌ی اصطکاک داخلی خاک………………………………… 22

شکل 2-12: تغییرات ظرفیت باربری نوک در داخل خاک لایه بندی شده…………………………………………. 23

شکل 2-13: ضرایب ظرفیت باربری جانبو………………………………………………………………………. 25

شکل 2-14: تغییرات ظرفیت باربریزهکشی نشده با فاکتورهای بی بعد عمق و سختی…………………………….. 26

شکل 2-15: نمودار مقاومت اصطکاکی در خاک رسی برحسب مقاومت برشی……………………………………. 29

شکل 2-16: تغییرات  با چسبندگی زهکشی نشده‌ی رس…………………………………………………….. 29

شکل 2-17:نمودار تغییرات ضریب  برحسب مقاومت برشی زهکشی نشده…………………………………… 30

شکل 2-18: دیاگرام شماتیک از آرایش ذرات ماسه در خاک‌های ماسه‌ای اشباع…………………………………… 32

شکل 2-19:لغزش به طرف دریا فشار خاک پشت دیوار  وزنی ظرفیت باربری خاک پی دیوار وزنی ساحلی……….. 35

شکل 2-20: لغزش، انحراف و نشست سازه در اثر کاهش ساحلی………………………………………………… 35

شکل 2-21: تغییر شکل و گسیختگی سازه بصورت گسیختگی مهار در اثر کاهش مقاومت خاک در جــلوی مهار…. 36

شکل 2-22: گسیختگی پرده سپر و مهار دراثر افزایش فشار _{فشار ماسه پشت پرده سپر}……………………………………. 36

شکل 2-23: تغییر شکل پرده سپر در اثر کاهش مقاومت دوران پی  دراثر کاهش قسمت مقاوم خاک………………. 36

شکل 2-24: نشست، کج شدگی وظرفیت باربری خاک پی……………………………………………………….. 36

شکل 2-25:  نشست و کج شدگی پی شمعی در اثر طول ناکافی شمع دراثر کاهش ظرفیت باربری پی…………….. 36

شکل 2-26: خمش شمع‌ها در پی شمعی به علت تغییر شکل  پایدار زمین و کاهش شده مقاومت   افقی خاک در لایه روا نگرا        37

شکل 2-27: خسارت دائمی به  سازه خاک   فوقانی دراثر تغییر شکل…………………………………………….. 37

شکل 2-28: خسارت و گسیختگی سازه فوقانی دراثر تغییر شکل دائمی خاک در جهت افق و قائم………………… 37

شکل 2-29: نشست و جابجایی جانبی خاکریز راثرتغییرشکل سطح زمین به علت جوشش ماسه، خروجĤب و آزاد شدن فشار، ترک و تورم در اثر روانگرایی ^[2^]………………………………………………………………………………………………………….. 38

شکل 2-30:  شکست و خمش لوله مدفون دراثر کرنش خاک فشار رو به زیر لوله در مرز لایه روانگرا و غیر روانگرا حفرهای         38

شکل 2-31: تورم سازه مدفون شده دراثر افزایش بالا درنتیجه فشار رو به بالای1 آب…………………………….. 38

شکل2-32: بلند شدگی سازه‌های مدفون در اثر افزایش فشار آب منفذی در نتیجه افزایش فشار منفذی اضافی [9]… 38

شکل 2-33: نمونه‌هایی از روانگرایی ایجاد شده…………………………………………………………………. 41

شکل 3-34:  قرارگیری شمع در خاک روانگرا…………………………………………………………………… 41

شکل 3-35: رفتار فونداسیون های شمعی در طول زلزله…………………………………………………………. 42

شکل 3-36:  اثرپذیری شمع‌ها در اثر زلزله در خاک روانگرا……………………………………………………… 43

شکل 3-37: گسیختگی در شالوده‌های شمعی……………………………………………………………………. 44

شکل 3-38: بارگذاری بر روی شمع‌ها و تأثیر خاک روانگرا……………………………………………………… 44

شکل 3-39: گسیختگی و شکل‌گیری مفصل پلاستیک……………………………………………………………. 45

شکل 3-40:  شرایط مختلف تکیه‌گاهی برای شمع [13]………………………………………………………… 46

شکل 3-41:  لایه‌بندی خاک…………………………………………………………………………………….. 50

شکل 3-42:  نمونه‌ای از تابع پله‌ای برای توزیع نیروی محوری در طول شمع…………………………………….. 51

شکل 3-43: نمونه‌ای از تابع پله‌ای برای توزیع   در طول شمع……………………………………………….. 52

شکل 3-44: نموگراف مربوط به محاسبه ضریب طول مؤثر……………………………………………………… 54

الف) ستون بدون حرکت جانبی ب) ستون با حرکت جانبی [15]……………………………………………….. 54

شکل 3-45: نمایی از جزء قابی با مفصل برشی…………………………………………………………………. 56

شکل 3-46: مسیر تغییر مقدار بار مجاز و بار حاصل از کمانش در شمع…………………………………………. 57

شکل 3-47: گسیختگی و مفصل پلاستیک به‌وجود آمده در شمع………………………………………………… 58

شکل 3-48: گسیختگی به‌وجود آمده در پل Showa………………………………………………………….. 58

شکل 3-49: نحوه اندرکنش خاک و سازه در خلال زلزله………………………………………………………… 60

شکل 3-50: طرح شماتیک حالات مختلف گسیختگی شمع……………………………………………………… 60

شکل 3-51:  چگونگی توزیع فشار جانبی خاک بر پ یهای شمعی بر اساس آئین نامۀ JRA……………………… 62

شکل 3-52:  منحنی P-Y برای ماسه تحت بار دینامیکی و استاتیکی در سطح آب  بالا…………………………… 63

شکل 3-53:  منحنی P-Y مربوط به ماسه( 1993،API)  و به دست آوردن ضریب A………………………….. 63

شکل 3-54:  طرح شماتیک تعیین طول موثر شمع……………………………………………………………….. 64

شکل 3-55:  گسیختگی به وجود آمده در پل شووا………………………………………………………………. 66

شکل 3-56: نحوه به‌وجود آمدن گسیختگی کمانشی به‌وجود آمده بر روی سازه…………………………………… 66

شکل 3-57:  نحوه ایجاد بارهای وارده بر شمع………………………………………………………………….. 67

شکل 3-58: نمودار نسبت طول به شعاع مناسب و نامناسب برای شمع‌ها…………………………………………. 68

شکل 3-59:  پیکربندی سازه بعد از روانگرایی…………………………………………………………………… 69

شکل 3-60:  پیکربندی سازه قبل از روانگرایی…………………………………………………………………… 70

شکل 3-61:  شکل شماتیک فشارهای جانبی ناشی از خاک روانگرا و غیرروانگرا…………………………………. 71

شکل 3-62:  شکل شماتیک روش………………………………………………………………………………. 72

شکل 3-63: نمودار تنش برشی به کرنش برشی و مقدار دانسیته خاک…………………………………………….. 73

شكل 1-1- مراحل برنامه ABAQUSE/CAE…………………………………………………………….. 87

شکل 3-1: نحوه اجرای برنامه ABAQUS/CAE…………………………………………………………… 91

شکل 3-2: پنجره اولیه برنامه ABAQUS/CAE…………………………………………………………….. 92

شكل 3-4: قسمتهاي مختلف پنجره برنامه ABAQUSE/CAE……………………………………………… 94

شكل 3-5: مقايسه منحني هاي نيرو- تغييرمكان براي فنرهاي خطي و غيرخطي…………………………………… 97

شکل 4-1: منحنی تنش- کرنش……………………………………………………………………………….. 117

شکل 4-2: مدل مرجع تک شمع……………………………………………………………………………….. 119

شکل 4-3: مدل مرجع گروه شمع……………………………………………………………………………… 120

شکل 4-4: تأثیر روانگرایی بر تغییرمکان قائم گروه شمع………………………………………………………… 124

شکل 4-5: تأثیر L/R بر تغییرمکان قائم گروه شمع در خاک روانگرا…………………………………………… 125

شکل 4-6: تأثیر S/D بر تغییرمکان قائم گروه شمع در خاک روانگرا…………………………………………… 126

شکل 4-7: تأثیر روانگرایی بر جابجایی افقی گروه شمع………………………………………………………… 128

شکل 4-8: تأثیر L/R بر جابجایی افقی گروه شمع در خاک روانگرا……………………………………………. 129

شکل 4-9: تأثیر S/D بر جابجایی افقی گروه شمع در خاک روانگرا……………………………………………. 130

شکل 4-10: تأثیر روانگرایی بر تنش طولی گروه شمع………………………………………………………….. 131

شکل 4-11: تأثیر L/R بر تنش طولی گروه شمع در خاک روانگرا……………………………………………… 132

شکل 4-12: تأثیر S/D بر تنش طولی گروه شمع در خاک روانگرا……………………………………………… 133

شکل 4-13: تأثیر روانگرایی بر تغییرمکان قائم تک شمع………………………………………………………… 134

شکل 4-14: تأثیر L/R بر تغییرمکان قائم شمع در خاک روانگرا……………………………………………….. 135

شکل 4-15: تأثیر روانگرایی بر تنش طولی تک شمع……………………………………………………………. 136

شکل 4-16: تأثیر L/R بر تنش طولی تک شمع در خاک روانگرا………………………………………………. 137