۹۷
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول ۳-۱-محل نقاط نمونه گیری و ضرایب وزنی برای گائوس کوآدرچر در بازه تا ۲۹
( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
۱- مقدمه
-
-
-
- مقدمهای بر اندرکنش خاک-سازه
-
-
اندرکنش خاک-سازه یکی از موضوعات چالش بر انگیز در مهندسی عمران است. درهر سازه متصل به زمین، اندرکنش بین خاک زیر پی و سازه می تواند اثرات قابل ملاحظهای هم روی سازه و هم روی پـــی و خاک قرار گرفته در زیر آن بگذارد. موضوع اندرکنش خاک-سازه برای سازه های حجیم که برروی خاکهای سست قرار گرفته بودند مورد توجه قرار گرفت. به عنوان مثال سازه هایی مثل نیروگاههای هستهای، سدهای بتنی، از جمله این موارد هستند. همچنین سازه هایی مثل پلها، تونلها و سازههای زیر زمینی نیز از نقطه نظر اندرکنش خاک و سازه مورد بررسی قرار میگیرند.
اندرکنش دینامیکی خاک-سازه از مسائل مهم مهندسی زلزله بحساب می آید. پیچیدگی مسئله به علت طبیعت پیچیده و وجود دو حیطه محدود و نامحدود با ویژگیهای مکانیکی مختلف است. برای بررسی مسئله اندرکنش خاک-سازه میتوان از روشهای عددی استفاده کرد. محققین برای مدل کردن حیطه نزدیک معمولاُ از روش عددی اجزای محدود استفاده می کنند. ولی مشکل اصلی، در مدل کردن حیطه نامحدود است. در صورتی که بخواهیم از روش اجزای محدود برای مدل سازی حیطه نامحدود استفاده کنیم حیطه دور باید به قدری بزرگ انتخاب شود که انعکاس موج رخ ندهد، این مطلب زمانی که با سازههای حجیم یا با مسائل سه بعدی مواجه هستیم، بیشتر اهمیّت پیدا می کند.
به همین دلیل محققین برای مدل کردن حیطه نامحدود، روی به استفاده از روشهای عددی مختلفی که قادر به لحاظ کردن شرائط بینهایت و در نظرگرفتن میرایی تابشی[۱] باشد، آوردهاند. به عنوان مثال، این روشهای عددی عبارتند از: روش اجزای مرزی[۲]، روش اجزای بینهایت[۳] و روش اجزای مرزی محدود مقیاس شده[۴]. هر کدام از روش های عددی مزایا و معایب خود را دارند، در واقع هیچ روشی بی نقص نیست.
برای بررسی لرزهای سازهای بنا شده روی محیط خاک نسبت به حالتی که سازه روی سنگ باشد، دو نکته مهم مورد توجه قرار میگیرد. اول، حرکات ساختگاه در غیاب سازه به شدت متاثر می شود. دوم، وجود سازه روی خاک در مقایسه با سنگ یا محیط صلب، باعث تغییر مشخصات دینامیکی سازه می شود. اندرکنش سازه با خاک اطراف آن باعث تغییراتی در تغییر مکانها، فرکانسهای طبیعی پی می شود.
روشهایی که دو اثر ذکر شده را در بر بگیرد، آنالیز آزاد[۵] و آنالیز اندرکنش خاک-سازه گویند. اندرکنش خاک-سازه همچنین برای حالتهای دیگر بارگذاری مثل: ارتعاشات ماشین به علت دوران جرم خارج از محور، ارتعاش زمین به علت بار ترافیک و غیره نیز بررسی می شود.
پاسخهای دینامیکی سازههای حجیم، مثل نیروگاههای هستهای، ساختمانهای با ارتفاع زیاد، سد و مخازن ذخیره مایعات به علت اثر اندرکنش خاک-سازه دچار تغییر میشوند. برای سازههای سخت و حجیم که روی بستر نرم قرار گرفتهاند، اثر اندرکنش خاک-سازه قابل توجه می شود. این پدیده ممکن است پاسخهای دینامیکی سازه را به طور فاحشی دچار تغییر کند. بنابراین اثرات اندرکنش برای طراحی و آنالیز سازههای واقع بر محیط نیمه بینهایت خاک باید مد نظر قرار گیرد.
اندرکنش خاک-سازه پدیده پیچیدهای از ترکیب سازه و محیط خاک اطراف آن است. از نقطه نظر مهندسی به منظور بررسی این که چگونه اندرکنش خاک-سازه پاسخهای دینامیکی سازه را تحت تاثیر قرار میدهد، معمول است که اندرکنش دینامیکی خاک-سازه را به دو بخش تقسیم می کنند: اندرکنش سینماتیکی[۶] و اندرکنش اینرسی[۷].
در اندرکنش سینماتیکی اثرات کوپل بین سازه بیوزن(بدون جرم) و خاک اطراف آن در نظر گرفته می شود. در این سیستم نکته مهم انکسار امواج برخورد کننده[۸] با سازه است. بنابراین اثر اندرکنش سینماتیکی بیشتر بوسیله انواع مختلف امواج برخورد کننده، هندسه قسمت های مدفون سازه و تفاوت بین سختی سازه و خاک اطراف آن متاثر می شود. بطور کلی در اندرکنش سینماتیکی تأثیر سختی سازه بر جوابها مد نظر است و همانطور که گفته شد از جرم سازه صرف نظر می شود.
در نوع دیگر، اندرکنش اینرسی، تأثیر نیروهای اینرسی ناشی از سازه[۹] بر جوابها اهمیّت دارد. که نیروی اینرسی نتیجه اثر شتاب بر جرم سازه است و برعکس حالت قبل در این حالت از جرم سازه صرف نظر نمی شود. در واقع امواج ناشی از نیروهای اینرسی سازه به پی منتقل شده و در توده بینهایت خاک انتشار مییابد.
توصیف فیزیکی اندرکنش اینرسی و سینماتیکی در شکلهای ۱-۱ نشان داده شده است.
شکل ۱-۱ اندرکنش سینماتیکی و اینرسی برای سازه با پی صلب (Kim, 1999)
-
-
-
- روشهای مستقیم و زیرسازه
-
-
با توجه به روش مدل کردن ناحیه خاک، روشهای آنالیز اندرکنش خاک-سازه به دو گروه تقسیم میشوند: روش مستقیم و روش زیرسازه.
در روش مستقیم، ناحیه خاک مجاور سازه مثل سازه به طور مستقیم با روش المان محدود مدل می شود. از این رو در روش مستقیم میتوان هندسه پیچیده، تغییرات خواص خاک و رفتار غیر خطی محیط خاک را مدلسازی کرد.
در روش زیرسازه، محاسبات برای دو سیستم انجام می شود، سازه واقع بر خاک و حیطه پی. این دو سیستم کاملاً از یکدیگر مستقل هستند. ارتباط بین این دو سیستم از طریق نیروی اندرکنش مرز مشترک خاک-سازه حاصل می شود.
تمام ناحیه خاک-سازه بوسیله ماتریس امپدانس معرفی می شود. بنابراین آنالیز اندرکنش دینامیکی خاک-سازه بسیار ساده می شود و سختی محاسبات به حداقل میرسد. این روش محدودیتهایی همچون ساده بودن هندسه پی و خطی بودن رفتار خاک را دارد.
۲-مروری بر تحقیقات انجام شده
۲-۱ مقدمهای بر روش المان نامحدود
در خیلی از مسائل، ابعاد جسم یا محیط در مقایسه با محیط اطرافشان بسیار کوچکتر است. در اکثر این مسائل، روش اجزای محدود می تواند حیطه کوچکی از مسئله را بررسی کند. در مسائل استاتیکی، معمولا یک برش ساده از محیط مسئله با اعمال مرز صلب حول قسمت برش خورده، کفایت می کند. هرچند محل دقیق مرز صلب مشخص نیست و همین امر ممکن است منجر به انتخاب المانهای محدود بیشتری شود که باعث افزایش شدید حجم و زمان محاسبات می شود.
در مسائل دینامیکی، به دلیل وجود ارتعاشات در مسئله، مرز صلب باعث انعکاس موج می شود. این موضوع ارتباطی با اندازه شبکه بندی روش اجزای محدود و اندازه حوزه داخل مرز صلب ندارد. بخصوص برای مسئله اندرکنش خاک-سازه با محیط بینهایت خاک تحت بارهای دینامیکی، انتخاب شرایط مرزی مناسب اهمیّت پیدا می کند. در نظرگرفتن میرائی تابشی(شعاعی) به علت مستهلک سازی امواج ناشی از ارتعاش سازه به پی و محیط دور، امری ضروری است.
به این منظور تکنیکهای مختلفی جهت حل این مشکل و مدل سازی شرایط مرزی مناسب بوجود آمدهاند که میتوان مرز لزج[۱۰]، مرز انتقال دهنده[۱۱]، روش المانهای مرزی، روش المان محدود مرزی مقیاس شده، روش المان بینهایت و روشهای ترکیبی[۱۲] را نام برد.
روش المان بینهایت از لحاظ فرمول بندی و مفهومی همانند روش المان محدود است. تنها تفاوت این دو روش در المانها و توابع شکل به کار گرفته شده است. فرمول بندی توابع شکل در روش المان بینهایت معمولا بنا به آنالیز بهتر رفتار محیط بینهایت انتخاب می شود. بنابراین انواع مختلفی از المانهای بینهایت برای مسائل مختلف مهندسی که به نوعی با محیط بینهایت سر و کار دارند، ایجاد شده اند.
این مسائل عبارتند از: آنالیز تحکیم، آنالیز تراوش، انتقال جرم، انتقال حرارت، اندرکنش سیال-سازه و اندرکنش خاک-سازه.
برای آنالیز مسئله اندرکنش خاک-سازه، روش المان بینهایت باید قادر به نشان دادن انتشار انرژی در جهت شعاعی به علت انتشار مولفههای مختلف موج به حیطه دور باشد. در واقع این روش باید شرایط بینهایت را به کمک ریاضیات مدل سازی کند.
در حالت کلی در وضعیت سه بعدی(نیم فضا) یا در حالت دو بعدی(نیم صفحه) ، شامل لایه (لایه های) افقی و لایه زیرین است که از سمت پایین به بینهایت میرود. به عنوان مثال در حالتی که لایه خاک روی سنگ بستر باشد، لایه زیرینی وجود ندارد که به سمت بینهایت برود. در واقع مثل مسئلهای است که درجات آزادی مربوط به قسمت پایینی در حالت دو بعدی در دو جهت بسته شده باشند.
۲-۲ مروری بر مطالعات پیشین
[چهارشنبه 1400-09-24] [ 11:42:00 ب.ظ ]
|