دانشگاه آزاد اسلامی

واحد رودهن

دانشکده فنی مهندسی ˓گروه مهندسی عمران

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد<<مهندسی عمران- سازه های هیدرولیکی>>

گرایش:سازه های هیدرولیکی

 عنوان:

تاثیر غیر یکنواخت بودن فونداسیون در پاسخ دینامیکی سدهای بتنی وزنی

 استاد راهنما:

جناب آقای دکتر بابک امین نژاد

 استاد مشاور:

جناب آقای دکتر بهرام ملک محمدی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
چکیده فارسی……………………………………………………………………..1
فصل اول:مقدمه………………………………………………………………..2
 1-1-کلیات………………………………………………………………………. 2
1-2-ایمنی در سدها…………………………………………………………..4
1-3-انواع نیروهای وارد بر سدهای بتنی وزنی……………………………………………….4
1-3-1-بارهای استاتیکی………………………………………………………………………….5
1-3-1-1- بار ناشی از وزن……………………………………………….5
1-3-1-2-فشار هیدرواستاتیک…………………………………….7
1-3-1-3-نیروی زیر فشار……………………………………………………..9
1-3-1-4-بارهای ناشی از حرارت…………………………………16
1-3-1-5-نیروی ناشی از رسوب………………………………………..16
1-3-1-6-فشار یخ…………………………………………………………………….16
1-3-1-7-فشارهای زیر اتمسفری…………………………………17
1-3-2-بارهای دینامیکی……………………………………………17
1-3-2-1-نیروی زلزله……………………………………………..17
1-3-2-2-نیروی هیدرودینامیک………………………………………………..19
1-3-2-3-فشار باد……………………………………………19
1-3-2-4-نیروی ناشی از امواج………………………20
1-3-3-نیروی عکس العمل پی…………………………………..20
1-3-3-1-معیارهای پایداری………………………………….20
1-4-ساختار پایان نامه …………………………………….. 22
1-5-اهداف……………………………………………22
فرضیه ها………………………………………………….23
کاربرد پژوهش………………………………………………23
نوآوری طرح…………………………………………………..24
پیشنهادات ادامه  کار…………………………….24
فصل دوم:مروری بر مطالعات پیشین……………………………26
فصل سوم:معادلات حاکم بر سیستم……………….33
3-1-مقدمه…………………………………..33
3-2-روشهای مدل سازی تاثیر فشار هیدرودینامیک دریاچه بر پاسخ سد به زلزله…………………………..33
3-3-معادله دیفرانسیل حاکم بر رفتار دریاچه……………………………………35
3-4-شرایط مرزی برای حل معادله Helmholtz …………………………….. 37
3-4-1-مرز بین سد و دریاچه…………………………………………. 38
3-4-2-مرز بین دریاچه  و دیواره ی اطراف و بستر آن…………………………….38
3-4-3-سطح آزاد دریاچه…………………………………………….39
3-4-4-مرز انتهای دور دریاچه……………………39
3-5-ماتریس کوپله ی سد و دریاچه………………………………..41
3-6- مدل المان محدود دریاچه………………………………..43
3-7-پارامترهای جابجایی و فشار در گامهای متوالی………………………….47
3-8- تکنیک …………………………………….staggered  displacement…………….49
3-9- معیار خطای انرژی………………………………50
فصل چهارم:تشریح مدل عددی و مشخصات سیستم…………………………………………….52
4-1-مقدمه…………………………………………………………………….52
4-2-نرم افزار المان محدود abaqus…………………………………. 53
4-2-1- کلیات…………………………………………………………. 53
4-2-2-تاریخچه………………………………………………… 54
4-2-3- بخش های آباکوس……………………………………………..54
4-2-4-مبانی نرم افزار آباکوس…………………………………55
4-3-مشخصات مدل……………………………………….57
4-3-1-بدنه سد……………………………………………………….. 57
4-3-2-مخزن……………………………………………………………… 59
4-3-3- فونداسیون……………………………………….. 60
4-3-4- اندرکنش سد و مخزن………………………………… 61
4-3-5- اندر کنش سد و فونداسیون………………………………………… 61
4-3-6-ضریب انعکاس امواج از کف دریاچه………………………….. 62
4-3-7- انتهای دور دریاچه……………………………………………….. 63
4-3-8- چگونگی اعمال رکوردهای زلزله………………………… 63
4-4-حالات مختلف تحلیل دینامیکی………………………….. 64
4-4-1-تحلیل دینامیکی مجموعه سد˓فونداسیون و مخزن در حالت یکنواخت بودن فونداسیون…………………………. 64
4-4-2- تحلیل دینامیکی مجموعه سد˓فونداسیون و مخزن در حالت اول غیریکنواخت بودن فونداسیون(حالت A)…………………….65
4-4-3- تحلیل دینامیکی مجموعه سد˓فونداسیون و مخزن در حالت دوم غیریکنواخت بودن فونداسیون(حالت B)…………………….67
4-4-4- مقایسه سه حالت تحلیل فونداسیون……………….69
4-5-رکوردهای زلزله…………………………….72
فصل پنجم:نتایج واکاوی مدل المان محدود………………………………………. 74
5-1-مقدمه……………………………………………..74
5-2-نتایج تحلیل های صورت گرفته با فرض یکنواخت بودن فونداسیون…………………………………………………………….74
5-3-نتایج تحلیل های صورت گرفته در حالت اول غیر یکنواخت بودن فونداسیون(حالت A)………………………………..91 
5-4- نتایج تحلیل های صورت گرفته در حالت  دوم غیر یکنواخت بودن فونداسیون(حالت B)…………………………..111
5-5- مقایسه نتایج تحلیل های صورت گرفته در حالت یکنواخت با حالت غیر یکنواخت بودن فونداسیون……………131
فصل ششم: مطالعه نتایج…………………………………… 135
پیوست ها……………………………………………………………….138
مراجع و منابع……………………………………………………….166
چکیده انگلیسی………………………………………………………..170
چکیده:
یکی از فرضیاتی که جهت ساده سازی آنالیزهای دینامیکی سد‌های بتنی وزنی موجود صورت می‌گیرد یکنواخت بودن فونداسیون به لحاظ پارامترهای فیزیکی همچون مدول الاستیسیته و میرایی می باشد. این در حالی می باشد که در اقدام ممکن می باشد در مناطق گوناگون محدوده پی سد شرایط زمین شناسی متفاوتی حاکم بوده و گزارش‌های زمین شناسی و مکانیک سنگ پی سد را به صورت غیریکنواخت ترسیم کنند. درچنین شرایطی عموماً یا در حالتی محافظه‌کارانه پارامترهای ضعیف‌ترین ناحیه به عنوان پارامترهای پی یکنواخت در واکاوی دینامیکی سد وارد می شوند و یا تحت شرایطی پارامترهای حاصل از میانگین‌گیری وزنی ناحیه‌ها به عنوان پارامترهای پی یکنواخت به عنوان ورودی‌های مدل تعریف می شوند. رفتار لرزه ای یک سد بتنی وزنی به ارتفاع 110 متر تحت اثر غیریکنواخت بودن فونداسیون مورد پژوهش قرار گرفته می باشد. به این مقصود با بهره گیری از نرم‌افزار Abaqus یک مدل المان محدود از سیستم سد، دریاچه و فونداسیون ایجاد شده می باشد. به کمک این مدل پاسخ سد با لحاظ کردن اندرکنش سد، فونداسیون و دریاچه تحت اثر زلزله‌ای با شتاب حداکثر  g8/0 محاسبه شده می باشد. با مقایسه نتایج واکاوی در شرایط غیریکنواخت با نتایج واکاوی در حالت یکنواخت تاثیر این غیریکنواختی مطالعه شده می باشد. مقایسه مقادیر تنش‌ها و مقادیر تغییرمکان در تاج سد نشان می‌دهد که فرض غیریکنواختی می‌تواند تاثیر قابل توجهی در مقادیر تنش‌های وارده به سد داشته باشد. همچنین نتایج نشان می‌دهد در فونداسیون‌های غیریکنواخت الگوی توزیع تنش در بدنه سد به گونه کلی با حالت یکنواخت متفاوت می باشد.     
کلمات کلیدی: سد بتنی وزنی، واکاوی دینامیکی خطی، روش المان محدود، غیریکنواختی فونداسیون ، نرم افزار Abaqus               
فصل اول
مقدمه
1-1- کلیات
امروزه ساخت و احداث سدها به مقصود جمع‌آوری و نگهداری آب رودخانه‌ها برای مصارف آشامیدن، آبیاری، تولید برق، جلوگیری از سیلاب، ماهی‌گیری و …. امری اجتناب ناپذیر می باشد. با این تفاصیل سدها، سازه‌های عظیمی هستند که خطرات بالقوه‌ای را برای جامعه پایین‌دست خود به همراه دارند و شکست آن‌ها می‌‌تواند فاجعه آمیز باشد. در واقع موضوع ایمنی سدها به دلیل مسایل اجتماعی و اقتصادی در دهه‌های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته می باشد. این امر به دلیل بالا رفتن سن سدهای ساخته شده و همچنین ظاهر شدن خرابی در سدهایی که در آغاز و اواسط قرن بیستم ساخته شده‌اند، توجه ویژه‌ای را به خود جلب کرده می باشد.
          از تعداد سدهایی که در طول تاریخ خرابی‌هایی به بار آورده‌اند اطلاع دقیقی در دست نیست. با این تفاصیل، گزارش های متعددی از آسیب‌های وارده بر سدها در حین زلزله‌های به وقوع پیوسته گزارش شده می باشد. البته خطر حاصل از خرابی سدها تنها به ارتفاع سد بستگی ندارد و حجم آب ذخیره شده در پشت سد و شکل دره نیز، در خرابی آن موثر هستند.
          در طی سالیان متمادی که بشر اقدام به ساخت سدها کرده می باشد همواره با در نظر داشتن اطلاعات در دسترس و نیز امکانات موجود، فرضیاتی را اتخاذ نموده و مدل‌هایی را برای تعریف رفتار سدها، مصالح ساخت و نیروهای اعمالی توسعه داده می باشد که با در نظر داشتن پیشرفت‌های حاصله بسیاری از این فرضیات اعتبار خود را از دست داده‌اند. علاوه بر آن با توسعه نرم‌افزارهای پیشرفته‌، تدقیق مدل‌های رفتاری مصالح بر پایه نتایج آزمایشگاهی‌، مطالعه پاسخ‌های سدهای موجود در حین زلزله‌های رخ داده، شناخت دقیق‌تر ماهیت زلزله‌های اعمالی و نیز افزایش سرعت رایانه‌ها امکان انجام مطالعه و آنالیزهای دینامیکی غیر خطی سه بعدی دقیق‌تر بر روی رفتار سدها فراهم شده می باشد.
یکی از فرضیاتی که جهت ساده سازی آنالیزهای دینامیکی سد‌های موجود صورت می‌گیرد یکنواخت بودن فونداسیون به لحاظ پارامترهای فیزیکی همچون مدول الاستیسیته و میرایی می باشد. این در حالی می باشد که در اقدام ممکن می باشد در مناطق گوناگون محدوده پی سد شرایط زمین شناسی متفاوتی حاکم بوده و گزارش‌های زمین شناسی و مکانیک سنگ پی سد را به صورت غیریکنواخت ترسیم کنند. درچنین شرایطی عموماً یا در حالتی محافظه‌کارانه پارامترهای ضعیف‌ترین ناحیه به عنوان پارامترهای پی یکنواخت در واکاوی دینامیکی سد وارد می شوند و یا تحت شرایطی پارامترهای حاصل از میانگین‌گیری وزنی ناحیه‌ها به عنوان پارامترهای پی یکنواخت به عنوان ورودی‌های مدل تعریف می شوند.
همان گونه که تصریح گردید امروزه با پیشرفت تکنولوژِی و با بهره گیری از روش‌های عددی امکان مدل‌ کردن شرایط پیچیده فیزیکی فراهم می باشد. پس با به کار گیری نرم‌افزارهایی که جهت مدل‌سازی المان محدود ارائه شده‌اند می‌توان مطالعه نمود اعمال فرض غیریکنواخت بودن پی نسبت به حالت یکنواخت تا چه اندازه در پاسخ لرزه‌ای سدهای بتنی وزنی تاثیرگذار می باشد.
در این پژوهش رفتار لرزه ای یک سد بتنی وزنی به ارتفاع 110 متر تحت اثر غیریکنواخت بودن فونداسیون مورد پژوهش قرار گرفته می باشد. سد بتنی وزنی مطالعه شده در این پژوهش ارتفاعی معادل 110 متر دارد. شیب بالادست و پایین‌دست این سد به ترتیب 1 به 1/0 و 1 به 85/0 (قائم به افقی) می باشد. به این مقصود با بهره گیری از نرم‌افزار Abaqus یک مدل المان محدود از سیستم سد، دریاچه و فونداسیون ایجاد شده می باشد. به کمک این مدل پاسخ سد با لحاظ کردن اندرکنش سد، فونداسیون و دریاچه تحت اثر زلزله‌ای با شتاب حداکثر  g 8/0 محاسبه شده می باشد. به مقصود مطالعه تاثیر غیریکنواخت بودن فونداسیون سد در پاسخ به دست آمده، رفتار این سد تحت شرایط مختلف و با در نظر گرفتن پارامترهای فیزیکی متفاوت برای فونداسیون مورد مطالعه قرار گرفته می باشد. در همگی تحلیل‌ها رفتار مصالح سد و فونداسیون در محدوده خطی در نظر گرفته شده می باشد.
نتایج آنالیزها نشان می‌دهد در فونداسیون‌های غیریکنواخت الگوی توزیع تنش در بدنه سد به گونه کلی با حالت یکنواخت متفاوت می باشد. به علاوه فرض غیریکنواخت بودن فونداسیون تاثیر قابل ملاحظه‌ای در تنش‌های به وجود آمده در بدنه سد خواهد داشت. این در حالی می باشد که در حالت غیریکنواخت تغییرمکان‌ها نسبت به حالت یکنواخت افزایش محسوسی نمی‌یابند.
   1-2- ایمنی در سدها
بهره برداری همراه با کنترل ایمنی دو فرایند جدانشدنی و مستمر در دوره عمر سدها می باشند. با ساخت و شروع بهره برداری از ابر سازه ای زیرا سد در واقع برای جامعه پایین دست شرایط بالقوه مخاطره ای آمیزی می تواند ایجاد گردد و شکست سد پدیده ی نابهنجاری می باشد که با ایجاد سیل در پایین دست همراه بوده و  می تواند موجب خسارات مالی و جانی قابل ملاحظه ای گردد. دامنه این خسارت ها چه در بعد زمان و چه در بعد مکان بسیار گسترده بوده و حتی موجب کاهش اعتبار ملی یک کشور نیز می گردد.
 با در نظر داشتن مطالب ذکر گردیده در بالا موضوع ایمنی در سدها اهمیت بسیار بالایی دارد خصوصا در کشور ما که بسیاری از نقاط سد سازی در مکان هایی با لرزه خیزی بالا قرار دارند. در واقع با در نظر داشتن هزینه بالای سد سازی، عدم توجه کافی به ایمنی سدها می تواند موجب از بین رفتن سرمایه های ملی کشور نیز بشود.
 
1-3-  انواع نیروهای وارده بر سدهای بتنی وزنی
نیروهای موجود در بحث پایداری و واکاوی تنش را می توان به دو دسته استاتیکی و دینامیکی تقسیم بندی نمود. بارهای استاتیکی شامل نیروی وزن، هیدرواستاتیک، نیروی زیرفشار، بارهای حرارتی، فشار رسوب و یخ و … هستند و نیروی های ناشی از زمین لرزه و باد طبیعت دینامیکی دارند.
 
1-3-1- بارهای استاتیکی
1-3-1-1- بار ناشی از وزن
شکل1-1. نیروی وزن
این نیرو مهترین بار در سدهای بتنی وزنی می باشد و تأثیر پایدار کننده و مقاومت در برابر انواع نیروهای دیگر را بازی می کند.
برای محاسبه این نیرو از حاصلضرب وزن مخصوص مصالح در حجم بهره گیری می گردد.
(1-1)
در ارتباط بالا:
 نیروی وزن
 وزن مخصوص بتن
مساحت مقطع سد
بایستی توجه گردد که زیرا در محاسبات پایداری عرض عمود بر صفحه مونولیث (بلوک مورد نظر که محاسبات پایداری برای آن انجام می شود) برابر واحد فرض می گردد، به جای محاسبه حجم از سطح مقطع بهره گیری می گردد. در محاسبه نیز سطح مقطع از حفرات موجود در بدنه سد مثل گالری ها صرف نظر می گردد مگر آنکه در موردها خاص (مثل سدهای کوتاه) مطابق قضاوت مهندسی تشخیص داده گردد که صرف نظر از آن ها تاثیر قابل توجهی در محاسبات دارد. همچنین در مواقعی که وزن ملحقات سد مثل دریچه ها، پل ها و … در صورتی که قابل توجه نکردن نباشند بایستی به بار مرده بدنه اضافه شوند و همچنین در صورت وجود خاکریز بر روی بدنه سد بایستی اثر آن را بر بار مرده افزود.
نکته مهم دیگری که در مورد سدهای بتن غلتکی هست این می باشد وزن مخصوص بتن غلتکی به اندازه تراکم و چگالی سنگدانه هایش وابسته می باشد. بتن غلتکی به واسطه کاهش وجود حباب های هوا و کمی حجم آب در مخلوط در قیاس با بتن حجیم معمولی با سنگ دانه های مشابه، اندکی چگال تر می باشد. در صورت نبود اطلاعات کافی و یا در طراحی اولیه وزن واحد حجم بتن را می توان برابر  فرض نمود که در سیستم یکاهای دیگر مطابق جدول زیر می باشد:
تعداد صفحه : 186
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود پایان نامه ارشد: افزایش ظرفیت باربری خاک های دانه ای حفره دار زیر پی گسترده به وسیله ژئوسینتتیکها

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

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

پشتیبانی سایت :        ****       serderehi@gmail.com

دسته‌ها: عمران