پایان نامه بررسی و مقایسه عددی ظرفیت باربری گروه شمع­های مخروطی

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع ارشد عمران 

گرایش : خاک و پی

عنوان :  بررسی و مقایسه عددی ظرفیت باربری گروه شمع­های مخروطی

دانشگاه شیراز 

دانشکده مهندسی

 پایان نامه­ ی کارشناسی ارشد در رشته­ ی مهندسی عمران گرایش خاک و پی

 بررسی و مقایسه عددی ظرفیت باربری گروه شمع­های مخروطی و استوانه­ای به روش اجزای محدود سه بعدی

 استاد راهنما

دکتر نادر هاتف

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چكيده

 در اين تحقيق ظرفيت باربري گروه شمع‌هاي مخروطي و گروه شمع‌هاي استوانه‌اي با حجم يكسان محاسبه شده و مورد مقايسه قرار مي‌گيرند. با توجه به كم بودن بررسي‌هاي عددي و مدلسازي‌ها توسط نرم افزار براي شمع‌هاي مخروطي نسبت به آزمايش‌هاي آزمايشگاهي در اين زمينه، در اين تحقيق مدلسازي گروه شمع‌ها توسط نرم‌افزار سه بعدي2012  PLAXIS  با استفاده از روش اجزاي محدود انجام شده است. همچنين با توجه به اهميت شمع‌ها در گروه نسبت به شمع‌هاي تكي، در اين تحقيق هدف اصلی بررسي جزئی رفتار گروه‌ شمع‌هاي مخروطي و مقايسه آن با گروه شمع‌هاي استوانه‌اي هم حجم است. بدين منظور نمودارهاي بار-  نشست هر گروه شمع تحت يك بار دلخواه بدست آمده كه با استفاده از اين نمودار و با تكنيك‌هاي موجود ظرفيت باربري كل گروه شمع محاسبه شده است. سپس مدل گروه شمع را براي دومين بار تحت باري برابر با ظرفيت باربري خودش قرار داده تا بتوان مشخصات گروه شمع از جمله وضعيت تنش موجود در اطراف بلوك گروه شمع‌ها، نشست گروه شمع ها، راندمان گروه شمع ها و … را تعيين كرد و در نهايت مقايسه‌اي را براي هر دو گروه شمع مخروطي و استوانه‌اي هم حجم متناظر انجام داد. براي محاسبه‌ي راندمان گروه هر شمع، شمع تكي از آن گروه جداگانه مدلسازي شده و مانند قبل مورد بارگذاري قرار گرفته است تا ظرفيت باربري كل شمع تكي از هر گروه نيز بدست آيد. مدلسازي‌ها در خاك ماسه‌اي و با شمع‌هايي از جنس بتن در مقياس واقعي انجام شده‏اند. پارامترهايي كه در اين مدلسازي‌ها متغير بوده تا تأثير تغييرات آن‌ها واضح‌تر شود، عبارتند از : زاويه مخروط شدگي، زاويه اصطكاك داخلي خاك ماسه‌اي، زاويه اتساع و ضريب فشار جانبي خاك .

واژه‌هاي كليدي: شمع مخروطي، اجزای محدود، ظرفيت باربري، مدلسازي سه بعدي، انتگرال‌گيري عددي

فهرست مطالب

  عنوان                                                                                                              صفحه

فصل اول: مقدمه

1-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………….. 2

1-2- هندسه متعارف برخی شمع­های درجا …………………………………………………………………. 3

1-3- نحوه قرارگيري شمع‌ها در خاک …………………………………………………………………………… 5

1-4- گروه شمع‌ها …………………………………………………………………………………………. 6

فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته

2-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………… 10

2-2- مطالعات آزمايشگاهي انجام شده بر روي شمع‌هاي مخروطي …………………………….. 10

2-3- مدل‌سازي‌هاي انجام شده براي شمع‌هاي مخروطي ……………………………………………. 17

2-4- روش‌هاي تحليلي براي شمع‌هاي باريك شونده …………………………………………………… 19

2-5- ساير مطالعات …………………………………………………………………………………. 21

فصل سوم: روش تحقیق

3-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………. 23

3-2- مدل‌هاي شمع تكي ………………………………………………………………………………………………… 23

3-3- مشخصات خاك‌هاي مورد استفاده ………………………………………………………………………… 28

3-4- ابعاد Borehole (كلاستر) …………………………………………………………………………………… 30

عنوان                                                                                                              صفحه

3-5- مش‌بندي كلاستر ……………………………………………………………………………………………………. 31

3-6- مدل گروه شمع‌ها …………………………………………………………………………………………………… 32

3-7- نحوه‌ي آناليز مد‌ل‌ها و بدست آوردن نتايج …………………………………………………………… 35

3-8- نحوه مدلسازي در برنامه PLAXIS سه بعدی2012 ………………………………………. 37

فصل چهارم: تفسیر نتایج

4-1- مقدمه …………………………………………………………………………………….. 43

4-2- نتايج مدل‌سازي‌ها ………………………………………………………………………… 44

4-3- روش‌هاي محاسبه‌ي ظرفيت باربري در اين تحقيق با استفاده از نمودارهاي نيرو-

نشست ……………………………………………………………………………………………… 45   

4-3-1- روش مماس بر منحني “US Army Corps of Engineers” …… 45

4-3-2- روش “Davisson 1967” …………………………………………………………………… 46

4-4- نتايج شمع تكي در ماسه و رس ……………………………………………………………………. 47

4-4-1- تفسير نتايج شمع تكي در ماسه و رس ……………………………………………………. 49

4-5- نتايج گروه شمع‌ها در ماسه و رس ……………………………………………………………………….. 50

4-5-1- تفسير نتايج گروه شمع‌ها در ماسه و رس ……………………………………………….. 52

4-6- مقایسه نمودارها و واریوگرام ها ……………………………………………………………………………… 56

4-7- مقايسه ظرفيت باربري گروه شمع‌ها در ماسه و رس …………………………………………… 59

4-8- ارائه رابطه‌اي براي كارآمدي گروه شمع‌هاي مخروطي و استوانه‌اي …………………… 64

4-8-1- مقايسه معادله‌ي بدست آمده براي بازدهي گروه شمع‌ها با ديگر معادلات

ارائه شده ……………………………………………………………………………………………… 70

4-9- بازدهي اصطكاكي و اتكايي شمع‌ها …………………………………………………….. 72

4-10- مقايسه‌ي فاكتور نشست در گروه شمع‌هاي استوانه‌اي و مخروطي در ماسه ….. 74

4-11- بررسی وضعیت تنش ها روی صفحات بلوک گروه …………………………….. 76

4-11-1- وضعيت  تنش‌هاي برشي روي صفحات ديواره بلوك گروه شمع‌ها …….. 76

عنوان                                                                                                              صفحه

4-11-2- وضعيت تنش در صفحات انتهايي بلوك گروه شمع‌ها بدون در نظر گرفتن

سطح انتهايي خود شمع‌ها ……………………………………………………………………….. 78

4-11-3- نقاط پلاستيك و الاستيك ……………………………………………………………………… 79

فصل پنجم: نتیجه­گیری و پیشنهادات

5-1- نتيجه‌گيري …………………………………………………………………………… 83

5-2- پیشنهادات ……………………………………………………………………………………….. 85

پیوست ………………………………………………………………………………………………………… 86

منابع و مراجع ……………………………………………………………………………………… 111

مقدمه

 شمع‌ها اعضاي سازه‌اي از چوب، بتن، فولاد و یا مصالح دیگر هستند كه براي انتقال بارهاي سطحي به سطوح پايين‌تر در خاك مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اين انتقال توسط توزيع بار در طول بدنه شمع يا انتقال مستقيم بار به لايه پايين‌تر از طريق نوك شمع صورت مي‌گيرد كه حالت اول را شمع اصطكاكي و حالت دوم را شمع اتكايي گويند. معمولاَ همه‌ي شمع‌ها بار را به صورت تركيبي از اصطكاك بدنه و مقاومت نوك انتقال مي‌دهند مگر مواردی كه مثلاَ شمع در يك خاك خيلي نرم نفوذ كرده تا به يك بستر سخت برسد. شمع‌ها معمولاً براي اهداف زير استفاده مي‌شوند:

1- انتقال بار سازه‌هاي عظيم به درون لايه‌هاي زيرين. (بارهاي عمودي و جانبي)

2- مقاومت در مقابل نيروي كششي رو به بالا يا واژگوني به عنوان مثال براي پي‌هاي يكنواخت در زير سطح آب يا براي نگه‌داشتن پايه‌هاي پل در مقابل واژگوني ناشي از بارهاي جانبي نظير باد.

3- تراكم لايه‌هاي نرم و غيرچسبنده توسط تركيبي از جابه‌جايي‌ها توسط حجم شمع و حركت شمع به شيوه‌ي لرزشي . اين نوع شمع‌ها ممكن است بعداً بيرون كشيده شوند.

4- كنترل نشست، هنگامي كه پي نواري يا گسترده روي خاكي كه در زير آن لايه‌اي با قابليت تراكم زياد قرار دارد.

5- سخت‌تر كردن خاك در زير پي براي كنترل دامنه ارتعاش و فركانس طبيعي سيستم.

6- به عنوان ضريب اطميناني بيشتر براي پايه‌ها يا تكيه‌گاه‌هاي پل.

7- در سازه‌هاي فراساحلي براي انتقال بارها در بالاي سطح آب به خاك زيرين. گاهي اوقات براي كنترل حركات زميني (براي مثال زمين لغزش‌ها). شمع‌ها تحت بارهاي عمودي و جانبي ممكن است گسيخته شوند. همچنين در اعضاي طويل ممكن است گسيختگي كمانشي رخ دهد.

يك پي به صورت شمع بسيار هزينه‌برتر از پي نواري و تقريباً هزينه‌برتر از يك پي گسترده است. در هر مورد طراحي پي‌ها مطالعات در مورد مشخصات خاك محل بسيار حائز اهميت است. زيرا براساس اين مطالعات بايد با دقت تصميم‌گيري شود كه آيا نياز به شمع است و اگر هست آيا به تعداد بيشتري يا طول شمع بيشتري نياز است.

ظرفيت باربري شمع به معناي حداكثر بار وارده به شمع مي‌باشد، كه شمع تحت اثر آن به ميزان قابل قبولي نشست كند. در نظر گرفتن ظرفيت باربري به ميزان بيشتر از مقدار واقعي، چه بسا موجب وارد آمدن خسارت سنگين به سازه‌ها و يا زوال كلي آن­ها شده است. از طرف ديگر در نظر گرفتن آن به ميزان كمتر از مقدار واقعي، باعث بزرگ شدن بيش از حد ابعاد شمع شده و آن را غيراقتصادي مي‌سازد. ظرفيت باربري نه تنها به مشخصات مكانيكي خاك و شرايط محيطي بستگي دارد، بلكه تابعي از شكل، ابعاد، جنس و نحوه اجراي آن مي‌باشد. به دست آوردن يك رابطه كلي براي محاسبه ظرفيت باربري شمع‌ها حتي با در نظر گرفتن تعداد محدودي از عوامل مؤثر در آن، منجر به معادلات ديفرانسيل بسيار پيچيده‌اي مي‌شود كه حل آن­ها در حالت كلي مقدور نبوده و تنها در برخي حالات محدود ميسر مي‌باشد. اگرچه كه امروزه روشهاي تحليلي سودمندي مانند روش اجزاي محدود باعث شده تا گرايش به سمت روش‌هاي تحليل عددي افزايش يابد. البته بايد توجه داشت كه نتايج حاصل از مدلسازي‌هاي اجزاي محدود و يا روش‌هاي مشابه بايد حتماً با نتايج آزمايشگاهي صحت سنجي شوند تا قابل استفاده باشند.

 1-2- هندسه متعارف برخي شمع‌هاي درجا

يك شمع درجا با حفر يك سوراخ در زمين و پركردن آن با بتن شكل مي‌گيرد. اين سوراخ ممكن است به صورت صندوقچه حفر شده و يا به وسيله راندن يك پوسته يا لوله جداري در زمين ايجاد شود. لوله جداري مي‌تواند توسط يك محور فولادي در زمين رانده شود؛ به طوريكه محور فولادي در هنگام بالا آمدن، لوله جداري را رها مي‌كند.

شكل (1-1) برخي از شمع‌هاي درجا كه استفاده از آن‌ها رايج است را نشان مي‌دهد. بايد توجه داشت كه اين شمع‌ها به طور كلي سه نوع مي‌باشند. (1) پوسته‌اي يا جداره‌اي (2) فاقد پوسته و (3) پايه ستوني.

شکل 1-1- هندسه برخی شمع­های درجا [1]

در شكل (1) موارد (a) و (b) شمع‌هاي بدون پوسته هستند. موارد (b) و (c) شمع‌هاي پايه ستوني هستند كه حداكثر تا 35 متر طول دارند. شمع‌هاي (c) تا (h) از نوع پوسته‌اي هستند كه در بين آن‌ها (f) و (g) شمع‌هاي مخروطي و (h) شمع مخروطي پله‌اي مي‌باشد.

شمع‌هاي با مقطع متغير شمع‌هايي هستند كه مقاطع عرضي در قسمت سرشمع نسبت به نوك بزرگتري دارند. يكي از انواع شمع‌هاي با مقطع متغير شمع با مقطع دايروي متغير مي‌باشد كه از لحاظ شكل ظاهري به شكل مخروط بوده و به شمع مخروطي شهرت دارد (شكل 1- موارد f و g). شمع‌هاي به شكل مخروط يك مزيت اساسي نسبت به شمع‌هاي استوانه‌اي دارند و آن اين است كه در حالت اصطكاك به طرف پايين، نيروي محوري شمع از قسمت سرشمع به سمت نوك شمع كم مي‌شود پس از لحاظ مقطع براي انتقال بار سازه‌اي به خاك هر چه به سمت پايين شمع مي‌رويم به مقاطع كوچكتري نياز مي‌باشد كه اين موضوع را در شمع‌هاي مخروطي مشاهده مي‌كنيم. اين امر باعث صرفه‌جويي در حجم مصالح و توزيع صحيح مصالح در شمع مي‌شود. همچنين براي شمع‌هاي تحت بار جانبي هنگامي كه بار جانبي به قسمت سرشمع اعمال مي‌شود، از سر شمع به نوك شمع به دليل انتقال بار به خاك از مقدار نيروي افقي در بدنه سازه‌اي شمع كاسته مي‌شود كه اين امر با شكل و حجم مصالح و اندازه مقاطع شمع مخروطي كه روندي كاهنده در طول شمع دارد مطابقت دارد و در كل مي‌توان گفت كه شمع‌هاي مخروطي نسبت به شمع‌هاي استوانه‌اي داراي يك توزيع مناسب‌تر مصالح براي انتقال انواع بارگذاري‌ها مي‌باشند. براي آنكه يك شالوده به عنوان شمع تعريف شود لازم است كه نسبت عمق به عرض متوسط يا شعاع حداقل برابر 6 باشد. طبق اين تعريف حداكثر زاويه‌اي كه براي يك شمع مخروطي مي‌توان در نظر گرفت 9/46 درجه مي‌باشد. بيشتر روابطي كه تاكنون براي شمع‌ها انتشار يافته‌اند مربوط به شمع‌هاي استوانه‌اي يا منشوري مي‌باشند، در حالي كه براي شمع‌هاي مخروطي رابطه تئوري مشخصي ارائه نشده است كه بتواند رفتار آن­ها در خاك را مشخص كند. با اين حال در سه دهه اخير يك افزايش در علاقه مندي به مطالعه، براي بررسي رفتار شمع‌هاي مخروطي ديده شده است.

1-3- نحوه قرارگيري شمع‌ها در خاك

شمع‌ها از طريق چندين روش در خاك قرار مي‌گيرند:

1- راندن شمع در خاك توسط ضربات ثابت متوالي در بالاي شمع با استفاده از چكش شمع. اين روش صدا و لرزش‌هاي محلي قابل توجهي ايجاد مي‌كند كه ممكن است توسط آيين‌نامه‌هاي محلي يا سازمان‌هاي محيط زيستي مجاز نباشد و همچنين ممكن است به سازه‌هاي اطراف خسارت وارد كند.

2- راندن شمع در خاك توسط دستگاه لرزش متصل به سرشمع. اين روش معمولاً بي‌سروصدا است. اين روش براي راندن در خاك‌هاي با چسبندگي كم كاربردي‌تر است.

3- جك كردن شمع. اين تكنيك براي شمع‌هاي كوتاه و سخت كاربردي‌تر مي‌باشد.

4- حفر كردن يك سوراخ و قراردادن شمع درون آن يا به صورت رايج‌تر، پركردن حفره با بتن.

 1-4- گروه شمع‌ها

گروه شمع‌ها با بارگذاري عمودي

وقتي كه تعدادي شمع در كنار هم جمع مي‌شوند، معقول است كه انتظار داشت كه فشارهاي ايجاد شده در خاك ناشي از اصطكاك جانبي و يا مقاومت اتكائي همانطور كه در شكل زير نشان داده شده روي هم بيافتند. (شكل2-1)

شکل 1-2- تنش­ها اطراف یک شمع اصطکاکی وتداخل محدوده تنش­ها دریک گروه[1]

شدت فشار اضافي، به بار شمع‌ها و فواصل آن­ها بستگي خواهد داشت و اگر تا حد كافي بزرگ شود خاك در برش گسيخته خواهد شد و يا نشست‌هاي اضافي خواهيم داشت. شدت تنش در نواحي تنشي روي هم افتاده  به طور واضحي با افزايش در فواصل شمع‌ها (S) كاهش خواهد يافت. اگرچه كه فواصل زياد اغلب غيرعملي هستند. زيرا معمولاً كلاهك گروه شمع براي تكيه‌گاه ستون‌هاي سازه و همچنين پخش كردن بار روي چندين شمع بر روي سر تمام شمع‌ها به صورت يكپارچه ساخته مي‌شود و همين عامل مي‌تواند باعث محدود شدن فاصله‌ي شمع‌ها از هم شود. (شكل 1-3)

شکل 1-3- الگوهای متعارف گروه شمع­ها-(a) برای دال­های بتنی تکی(b) برای دیوارهای بتنی[1]

با توجه به كم بودن بررسي‌هاي عددي و مدلسازي‌ها توسط نرم‌افزار براي شمع‌هاي مخروطی و به خصوص براي گروه شمع‌هاي مخروطي نسبت به آزمايش‌هاي آزمايشگاهي در اين زمينه، در اين تحقيق هدف مدلسازي گروه شمع‌هاي مخروطي و استوانه‌اي با استفاده از نرم‌افزار سه بعدي “PLAXIS” و در نهايت مقايسه و بررسي نتايج حاصل از مدلسازي‌ها با استفاده از نمودارهاي بار- نشست مي‌باشد. بنابراين مشخصه‌هايي از گروه شمع‌ها يعني زاويه مخروط شدگي، زاويه اصطكاك داخلي خاك ماسه‌اي، ضريب فشار جانبي خاك و زاويه اتساع خاك در گروه را تغيير مي‌دهيم و مدل‌ها را با هم مقايسه مي‌كنيم. بايد توجه داشت كه براي شمع‌هاي مخروطي، زاويه مخروط شدگي را از صفر تا 1/6° در چند مرحله افزايش مي‌دهيم. در طول مراحل مدلسازي طول همه‌ي شمع‌ها ثابت مي‌باشد و فاصله‌ي شمع‌ها از يكديگر نيز در گروه شمع‌ها بهينه انتخاب شده و ثابت مي‌ماند. مدلسازي‌ها براي گروه شمع‌هاي 4 تايي انجام مي‌شوند. پس از بدست آوردن نمودارهاي نيرو- نشست براي هر گروه شمع ظرفيت باربري كل هر گروه با استفاده از چندين تكنيك متفاوت و مرسوم اندازه‌گيري شده و گروه شمع دوباره تحت همان نيرو مورد آناليز قرار مي‌گيرد. سپس نتايج حاصل از آناليز ثانوي را برداشت كرده و با استفاده از يك سري داده‌هاي مربوط به تنش مؤثر قائم و بردن آن­ها به نرم‌افزار تجاري “surfer 2009” يك انتگرال‌گيري عددي روي سطح كف شمع‌ها انجام مي‌دهيم تا مقدار ظرفيت باربري اتكائي و اصطكاكي شمع‌ها را نيز در اختيار داشته باشيم. بدين صورت مقايسات بهتري را براي هر گروه شمع خواهيم داشت.                                                                     

در فصل بعدي از پايان نامه مروري بر تحقيقات و مطالعات انجام شده و روش‌هاي محاسبه ظرفيت باربري شمع‌هاي مخروطي و استوانه‌اي خواهيم داشت.

تعداد صفحه :133

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

:        ****       info@elmyar.net

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  **** ***

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :

 
 

مطالب مشابه را هم ببینید

 

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید