رشته :مهندسی عمران-‌ سازه

 

تعیین فواصل بهینه کابل‌ها در سدهای بتنی وزنی پس‌تنیده

 

استاد راهنما : دکتر بهرام نوائی‌نیا

استاد مشاور: دکتر لیلا کلانی ساروکلائی

 

 

(زمستان92)

 

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
چکیده
سدها به دلیل کاربرد زیاد و تأثیرگذاری وسیع غیر از بناهای بسیار مهم تلقی می­شوند. با پیشرفت علوم مهندسی در تحلیل سازه سد، کوشش بر ساخت سدهایی با ابعاد بهینه، اقتصادی و ایمن شده می باشد. بدلیل قدمت بعضی سدهای ساخته شده از یک ­طرف و بالارفتن استانداردهای ایمنی، داشتن برنامه‌های مختلف و وسیع نوسازی و مقاوم‌سازی از طرف دیگر لزوم ارزیابی ایمنی این سازه­ها را ضروری می­نماید. تکنیک پس‌تنیدگی یکی از راهکارهای مقاوم‌سازی در سدها می‌باشد که در این‌صورت لزوم تعیین فاصله بهینه بین کابل‌های پس‌تنیده اجتناب‌ناپذیر می‌باشد. در این پژوهش پاسخ سیستم سد-پی-مخزن در حالت پس‌تنیده و بدون پس‌تنیدگی با مدل‌سازی به روش اجزای محدود براساس فرمول‌بندی لاگرانژی-لاگرانژی سیستم سد-پی-مخزن و نیز مدل‌سازی کابل، تحت اثر زلزله مورد مطالعه قرار گرفته می باشد. بدین مقصود از نرم افزار Ansys جهت تحلیل دینامیکی سیستم مورد مطالعه با فرض رفتار خطی مصالح بهره گیری شده می باشد. نتایج بدست آمده از انجام تحلیل دینامیکی حاکی از آن می باشد که پاسخ‌ها در حالت پس‌تنیده از حال بدون ‌پس‌تنیده کمتر می باشد. نتایج همچنین نشان می‌دهد که فاصله بهینه کابل‌ها ارتباط مستقیم با شیب پایین‌دست سد دارد.
کلمات کلیدی: سد بتنی وزنی، اندرکنش سد-مخزن، مخزن، کابل، روش لاگرانژی، بهینه کردن، پس‌تنیده کردن
 
 
 
فهرست مطالب
عنوان                                                                                                           صفحه
فصل اول – مقدمه و کلیات پژوهش.. 1
1-1- مقدمه. 2
1-2- اظهار مسأله. 2
1-3- اهداف پژوهش. 4
1-4- تعریف. 5
1-5- فرضیات پژوهش. 6
1-6- نوآوری‌های پژوهش. 6
1-7- ساختار پایان‌نامه. 6
 
فصل دوم – ادبیات و پیشینه پژوهش. 8
2-1- مقدمه. 9
2-2- روشهای تحلیلی. 9
2-2- 1-تحلیل مدل سد-مخزن بدون در نظر گرفتن اثر اندر کنش  10
2-2- 1-1-مطالعه روش وسترگارد. 12
2-2-2- حل چوپرا. 13
2-2-3- اثر اندرکنش سد و مخزن. 14
2-3-روش‌های عددی. 14
2-3-1- روش اویلری-لاگرانژی. 15
2-3-2- روش لاگرانژی- لاگرانژی. 15
2-3-3- ارزیابی روش‌های اویلری و لاگرانژی در مدل‌سازی مخزن  16
2-4- توسعه و کاربرد پیش تنیدگی. 18
2-4-1- اصول پیش‌تنیدگی. 19
2-4-1- 1-روش پیش کشیدگی. 20
2-4-1-2- روش پس کشیدگی. 20
2-4-2- توسعه روش پس کشیدگی. 20
2-4-2-1- سیستم چسبنده. 21
2-4-2-2- سیستم غیر چسبیده. 22
2-5- پس تنیدگی در سدها. 23
2-5-1- مقدمه. 23
2-5-2- مواد پس تنیدگی. 24
2-5-3- فواصل کابل‌ها. 25
2-5-4- صرفه‌جویی در حجم بتن. 26
2-5-5- تعیین مقدار نیروی پس تنیدگی در کابل‌ها. 26
2-5-6- پس تنیدگی در سدهای بتنی وزنی. 29
2-5-7- مطالعه پس تنیدگی در سدهای بتنی وزنی توسط محققین  36
 
فصل سوم – روش پژوهش. 40
3-1- مقدمه. 41
3-2- روش‌های عددی برای تحلیل دینامیکی. 42
3-2- 1- ارزیابی روش‌های تحلیل دینامیکی. 43
3-2-2- مدل‌سازی زلزله جهت انجام تحلیل دینامیکی در نرم‌افزار Ansys…….. 44
3-2-2- 1-روش نیومارک. 45
3-3-مدل‌سازی سیستم سازه و سیال به روش اجزای محدود مبتنی بر نرم‌افزار Ansys 47
3-3-1- مقدمه. 47
3-3-2- مدل‌سازی محیط مخزن به روش اجزای محدود. 48
3-3-2-1- المان‌های سیال متکی بر تغییر مکان. 49
3-3- 2-2-Fluid80. 50
3-3-3- مدل‌سازی سازه سد به روش اجزای محدود. 52
3-3-3-1- المان Solid65. 52
3-3-3-2- رفتار المان Solid65 در حالت کلی. 54
3-3-3-3- رفتار خطی بتن. 55
3-3- 4- مدل‌سازی کابل‌ها با المان Link10. 55
3-3-5- مدل‌سازی صفحه سر کابل با المان Shell181. 56
3-3-6- مدل‌سازی اندرکنش مخزن و سازه به روش اجزای محدود  57
3-3-6-1– مدل سازی اندرکنش مخزن و سیال به روش لاگرانژی  58
3-3-7- مدل‌سازی اندرکنش سد و کابل‌های پس تنیدگی. 58
3-4- مدل‌سازی اثر نیروی پس تنیدگی در Ansys 58
3-5- تعیین سطح مقطع کابل. 59
 
فصل چهارم – تحلیل عددی و ارائه نتایج. 61
4-1- مقدمه. 62
4-2- شتاب نگاشت‌ها. 62
4-3- کنترل صحت مدل‌سازی. 64
4-3-1- روش مدل‌سازی…….. 65
4-3-2- تغییر مکان هیدروستاتیک در مخزن. 65
4-3-3- فشار هیدروستاتیک در مخزن. 67
4-3-4- مطالعه تأثیر عرض کف در تحلیل استاتیکی. 67
4-3-4-1- سیستم سد-پی. 68
4-3-4-2- سیستم سد-پی-مخزن-کابل. 69
4-3-5- ارتعاش سد هارمونیک. 70
4-3-6- واکاوی سد Pine Flat…….. 71
4-3-6-1- مشخصات هندسی و فرضیات در نظر گرفته شده برای سد Pine Flat 72
4-3-6- 2- واکاوی مودال و تعیین ضرایب میرایی سیستم سد-پی-مخزن  72
4-3-6-3- واکاوی دینامیکی سد Pine Flat 73
4-4- نتایج تحلیل دینامیکی مدل سد پس‌تنیده تحت اثر زلزله  75
4-4-1- اثر پس‌تنیدگی بر تغییر مکان افقی تاج سد به روش اعمال نیروی ترکیبی…….. 75
4-4-2- اثر پس‌تنیدگی بر تغییر مکان افقی تاج سد به روش اعمال دما  81
4-4-3- اثر اندازه حجم مخزن بر تغییر مکان افقی تاج سد. 88
4-4- 4- مطالعه تاثیر پس‌تنیدگی بر تنش کششی و تغییر مکان در سد  90
4-5- فاصله مناسب کابل‌ها در سد پس‌تنیده. 97
4-5- 1-روش استفاه از چند کابل در تعیین فاصله مناسب. 97
4-5-2- روش بهره گیری از یک کابل در تعیین فاصله مناسب…….  102
 
فصل پنجم – نتیجه گیری. 110
5- 1- مقدمه. 111
5-2- نتایج…….. 111
5-3- پیشنهادات……. 113
 
منابع:. 114

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست جداول
عنوان                                                                                                          صفحه
جدول 4-1- مشخصات مصالح سد بتنی وزنی پس‌تنیده در تحلیل خطی  64
جدول 4-2- پریود و فرکانس ارتعاش آزاد سیستم سد-پی-مخزن  73
جدول 4-3- اندازه نیروی پس‌تنیدگی وارد شده به کابل و صفحه (MN)  75
جدول 4-4- پاسخ افقی تاج سد تحت شیب‌های پایین‌دست مختلف در زلزله Taft 80
جدول 4-5- پاسخ افقی تاج سد تحت شیب‌های پایین‌دست مختلف در زلزله Elcentro 80
جدول 4-6- پاسخ افقی تاج سد تحت شیب‌های پایین‌دست مختلف در زلزله Taft 86
جدول 4-7- پاسخ افقی تاج سد تحت شیب‌های پایین‌دست مختلف در زلزله Elcentro. 86
جدول 4-8- نتایج تغییر مکان افقی تاج سد پس‌تنیده به روش ترکیبی(cm)  87
جدول 4-9- نتایج تغییر مکان افقی تاج سد پس‌تنیده به روش اعمال دما(cm). 87
جدول 4-10- پاسخ افقی تاج سد تحت ارتفاع‌های مختلف مخزن در زلزله Taft 89
جدول 4-11-پاسخ افقی تاج سد تحت ارتفاع‌های مختلف مخزن در زلزله Elcentro 89
جدول 4-12- اندازه نیروی پس‌تنیدگی وارد شده به کابل و صفحه  90
جدول 4-13- حداکثر تنش کششی (kPa) تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 95
جدول 4-14- حداکثر تغییر مکان افقی تاج سد (cm) تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 95
جدول 4-15- حداکثر تنش کششی (kPa) تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro 96
جدول4-16- حداکثر تغییر مکان افقی تاج سد (cm) تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 96
جدول 4-17- حداکثر تنش کششی در شیب‌های پایین دست 55/0 و 6/0 تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 103
جدول 4-18- حداکثر تنش کششی در شیب‌های پایین دست 65/0 و 7/0 تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 104
جدول 4-19- حداکثر تنش کششی در شیب‌های پایین دست 55/0 و 6/0 تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 105
جدول 4-20- حداکثر تنش کششی در شیب‌های پایین دست 65/0 و 7/0 تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro . 106
جدول 4-21- درصد کاهش تنش کششی و تغییر مکان افقی در شیب‌های پایین دست مختلف تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 107
جدول 4-22- درصد کاهش تنش کششی و تغییر مکان افقی در شیب‌های پایین دست مختلف تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 108
 
 
 
فهرست اشکال
عنوان                                                                                                           صفحه
شکل 1-1- مدل سد-پی-مخزن-کابل سد بتنی وزنی پس‌تنیده. 5
شکل 2-1- مدل سد و مخزن مورد بهره گیری وسترگارد. 11
شکل 2-2- تغییرات فشار سهموی وسترگارد. 12
شکل 2-3- کابل‌های پس‌تنیدگی. 25
شکل 2-4- سد بتنی وزنی پس‌تنیده. 27
شکل 2-5- سدهای مقاوم‌سازی شده. 31
شکل 2-6- سدهای مورد مطالعه. 33
شکل 2-7- رشته‌های کابل مورد بهره گیری در سد منجیل جهت پس‌تنیده کردن. 33
شکل 2-8- نصب کابل‌های پس‌تنیده بر روی سد Ink. 35
شکل 2-9- مقطع سد بهسازی شده Ink. 36
شکل 3-1- ارتباط فشار و کرنش حجمی در آب. 49
شکل 3-2- مشخصات هندسی المان Fluid80. 51
شکل 3-3- المان بتن Solid 65. 52
شکل 3-4- هندسه ترک و تنش‌ها. 53
شکل 3-5- المان Link10. 56
شکل 3-6- المان Shell181. 57
شکل 3-7- نمودار تنش-کرنش فولاد پر مقاومت. 60
شکل 4-1- به ترتیب شتاب نگاشت مؤلفه افقی زلزله Taft ؛ شتاب نگاشت مؤلفه قائم زلزله Taft ؛ شتاب نگاشت مؤلفه افقی زلزله Elcentro ؛ شتاب نگاشت مؤلفه قائم زلزله Elcentro. 63
شکل 4-2- مدل اجزای محدود سیستم سد-پی-مخزن. 66
شکل 4-3- مقایسه نتایج تغییر مکان تئوری و نرم‌افزار Ansys سیال مخزن در سیستم سد-پی-مخزن. 66
شکل 4-4- مقایسه فشار هیدرودینامیکی مخزن و Ansys سیال مخزن در سیستم سد-پی-مخزن. 67
شکل 4-5- مقایسه تنش قائم کف سد در حالت تئوری و نرم‌افزار Ansys در سیستم سد-پی با عرض کف 50 متر. 68
شکل 4-6- مقایسه تنش قائم کف سد در حالت تئوری و نرم‌افزار Ansys در سیستم سد-پی با عرض کف 70 متر. 69
شکل 4-7- مقایسه تنش قائم در کف سد در حالت تئوری و نرم‌افزار Ansys در سیستم سد-پی-مخزن-کابل با عرض کف سد 50 متر. 69
شکل4-8- مقایسه تنش قائم در کف سد در حالت تئوری و نرم‌افزار Ansys در سیستم سد-پی-مخزن-کابل با عرض کف سد 70 متر. 70
شکل4-9- پاسخ فشار در المان پاشنه سد صلب تحت مؤلفه افقی شتاب هارمونیک. 71
شکل4-10- مقطع هندسی مدل سد Pine Flat 72
شکل4-11- مدل اجزای محدود سیستم سد-پی-مخزن Pine Flat 74
شکل4-12- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat با در نظر گرفتن پی انعطاف‌پذیر تحت شتاب نگاشت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 74
شکل4-13- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 78/0 m= . 76
شکل 4-14- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 7/0 m=. 77
شکل 4-15- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 65/0 m=. 78
شکل4-16- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 6/0 m=. 79
شکل4-17- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 65/0 m=. 82
شکل4-18- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 7/0 m=. 83
شکل4-19- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 65/0 m=. 84
شکل4-20- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 6/0 m=. 85
شکل4-21- مقایسه میانگین تغییر مکان افقی تاج سد در شیب‌های پایین‌دست مختلف به دو روش ترکیبی و اعمال دما. 88
شکل 4-22- به ترتیب تنش قاتم در پاشنه سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft و تغییر مکان افقی تاج سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft در 7/0m=. 91
شکل 4-23- به ترتیب تنش قاتم در پاشنه سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft و تغییر مکان افقی تاج سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft در 65/m=. 92
شکل 4-24- به ترتیب تنش قاتم در پاشنه سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft و تغییر مکان افقی تاج سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft در 6/0m=. 93
شکل 4-25- به ترتیب تنش قاتم در پاشنه سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft و تغییر مکان افقی تاج سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft در 55/0m=. 94
شکل 4-26- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 7/0 m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله  Taft 98
شکل 4-27- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 65/0m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 98
شکل 4-28- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 6/0 m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله  Taft 99
شکل 4-29- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 55/0 m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 99
شکل 4-30- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 7/0 m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 100
شکل 4-31- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 65/0m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 100
شکل 4-32- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 6/0m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 101
شکل 4-33- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 55/0m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 101
 
 
 
 
 
 
 
 
فصل اولمقدمه و کلیات پژوهش
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1-1- مقدمه
از آنجا که آب مایه‌ی حیات در زندگی بشر می‌باشد، جهت ذخیره‌سازی برای بهره گیری بهینه از آن روش‌های مختلفی بکار گرفته می گردد که ساخت سد مانند مهم‌ترین ابزار جهت ذخیره آن بشمار می‌رود. سدها در جوامع صنعتی بناهای مهمی محسوب می شوند زیرا که علاوه بر ذخیره آب، مصرف شرب و کشاورزی، جهت تولید انرژی نیز از آن می‌توان بهره گیری نمود.
در ابتدای صنعت سدسازی، سد‌ها کوچک بوده که با پیشرفت علم و تکنولوژی‌، سدها بزرگ و حجم مخزن پشت سد نیز افزایش یافته می باشد پس تخریب سدهای بزرگ در زمان زلزله می‌تواند موجب خسارات عظیمی به مناطق پایین‌دست سد گردد پس با پیشرفت علوم مهندسی در تحلیل سازه سد، کوشش بر ساخت سدهایی با ابعاد بهینه، اقتصادی و ایمن شده می باشد. از طرفی بالا رفتن عمر سدها می­تواند موجب کاهش عملکرد مناسب آنها گردد ضمن اینکه با بالا رفتن استانداردهای ایمنی، داشتن برنامه‌های مختلف و وسیع نوسازی و مقاوم‌سازی ضرورت ارزیابی ایمنی این سازه­ها اجتناب ناپذیر می­گردد.
1-2- اظهار مسئله
سدهای بتنی وزنی به دلیل ساختمان ساده، سهولت در ساخت، ایمنی، در هر ارتفاع دلخواه و در شرایط مختلف طبیعی مانند در شرایط سخت زمستانی به گونه وسیعی در دنیا مورد توجه قرار گرفته‌اند. سدهای بتنی وزنی در محل‌هایی که دارای پی مستحکم باشند، احداث می شوند. در سدهای بتنی وزنی عمده پایداری سد ناشی از وزن سد بوده و ممکن می باشد درصدی از وزن آب نیز به مقصود افزایش پایداری کمک گرفته گردد. نام سدهای وزنی از کلمه Gravity به معنی ثقل و سنگینی گرفته شده می باشد که دلیل آن نیز مقاومت و پایداری این نوع سدها در برابر نیروهای اصلی مؤثر، یعنی فشار افقی آب در اثر وزن سازه می‌باشد.
امروزه با در نظر داشتن پیشرفت علوم در طراحی سازه سد و به دلیل نیاز به افزایش ارتفاع در بعضی از سدها یا عدم مقاومت کافی بعضی سدهای بتنی وزنی در برابر نیروهای مختلف مانند نیروی زلزله و نیروی زیر فشار لزوم مقاوم‌سازی این سازه‌ها اجتناب‌ناپذیر می‌باشد. همچنین بسیاری از سدهای قدیمی موجود براساس ضوابط قدیمی تحلیل و طراحی گردیده‌اند که با در نظر داشتن محدودیت‌های تغییر ضوابط آیین‌نامه، ضرورت بازنگری در سدهای بتنی موجود اجتناب‌ناپذیر می‌باشد که در این بین ممکن می باشد بعضی سدها ضوابط آیین‌نامه را اقنا ننموده و نیاز به ترمیم و یا بهسازی داشته باشند. این ترمیم و یا بهسازی می‌تواند با بهره گیری از کابل پس‌تنیده صورت بگیرد. تکنیک پس تنیدگی یکی از راهکارهای مقاوم‌سازی جهت کاهش زیرفشار و حذف تنش‌های کششی در سدها می‌باشد که در این‌صورت لزوم تعیین فاصله بهینه بین کابل‌های پس‌تنیده اجتناب‌ناپذیر می‌باشد.
روش‌های گوناگونی جهت تحلیل این سازه ارائه شده که به گونه عمده این روش‌ها را می­توان به دو دسته تحلیلی و عددی تقسیم نمود.
در روش تحلیلی اساس حل بر روابط منطقی و دقیق می‌باشد، به‌طوری‌که با تعیین معادله حاکم بر رفتار سد و مخزن، این معادله را می‌توان با روابط ریاضی به گونه مستقیم حل نمود. این روش اولین بار در سال 1933 میلادی توسط وسترگارد[1] [40] مطرح گردید که با ارائه روش جرم افزوده نگاه جدیدی از درک هیدرودینامیکی وارد برسد ارائه نمود.
پس از وسترگارد ، چوپرا[2] [14] و محققین دیگر روش‌های مختلفی را جهت حل تحلیلی معادلات حاکم بر سد و مخزن ارائه نمودند، که به آن پرداخته می گردد.
حل دقیق وسترگارد و حتی محققین بعد از آن همراه با فرض‌های ساده شونده‌ای بود، که در صورت عدم در نظر گرفتن آنها و اعمال شرایط حقیقی به ویژه در هنگام اعمال نیروی زلزله، مسئله را بسیار پیچیده و غیرقابل حل می‌نمود. با در نظر داشتن پیچیدگی روش حل تحلیلی تحت شرایط حقیقی و یا پیشرفت تکنولوژی ، محققین روش‌های عددی را جهت حل این مسئله مورد مطالعه قرار دادند. این روش‌ها با حجم عملیاتی بالا متکی بر سرعت کامپیوترها در انجام حل تکراری یک الگوریتم مشخص می‌باشند.
تحلیل سدها به روش عددی با در نظر داشتن وجود سیال به‌عنوان محیط مخزن، برخلاف سازه‌های معمول دارای پیچیدگی‌های خاصی می باشد. روش‌های مختلفی جهت مدل ریاضی سیال ارائه شده می باشد که می‌توان این روش‌ها را به سه گروه عمده تقسیم نمود: روش اول جرم افزوده می باشد که در این روش سیال به‌صورت یک جرم اضافی به بدنه سد اضافه شده و همراه با سد ارتعاش می کند. روش دوم ، روش اویلری می باشد که در این روش به مطالعه تاریخچه زمانی متغیر یک نقطه پرداخته می گردد. روش سوم، روش لاگرانژی می باشد که به مطالعه متغیر مشخص در نقاط دلخواه می‌پردازد.
1-3- اهداف پژوهش
هدف از این پژوهش تحلیل سدهای بتنی وزنی پس‌تنیده و بدون پس‌تنیدگی و تعیین فاصله مناسب کابل‌های پس‌تنیده با در نظر داشتن شیب پایین‌دست می‌باشد. بر این اساس با در نظر داشتن شیب پایین‌دست سد فاصله و اندازه کابل‌ها را تغییر داده تا به ازای آن حجم بتن‌ریزی و نیز طول کابل مصرفی به حداقل مقدار خود برسد.
در این پژوهش پاسخ سیستم سد-پی-مخزن در حالت پس تنیده و بدون پس‌تنیدگی با مدل‌سازی به روش اجزا محدود براساس فرمول‌بندی لاگرانژی-لاگرانژ ی سیستم سد-پی-مخزن و نیز مدل‌سازی کابل تحت اثر زلزله مورد مطالعه قرار گرفته می باشد. بدین مقصود از نرم افزار Ansys که دارای قابلیت مدل‌سازی و گرافیکی بالائی می‌باشد جهت تحلیل دینامیکی سیستم مورد مطالعه با فرض رفتار خطی مصالح بهره گیری و نتایج حاصل از تحلیل دینامیکی خطی سیستم در حالات مختلف مورد مطالعه قرار گرفته می باشد.
1-4- تعریف
در این پژوهش به جهت شناخت سیستم سد-پی-مخزن-کابل، نامگذاری بخش های یک سد بتنی وزنی مطابق شکل 1-1 می باشد.
شکل1- 1- مدل سد-پی-مخزن-کابل سد بتنی وزنی پس‌تنیده
1-5- فرضیات
فرضیات مورد بهره گیری در این پژوهش به تبیین ذیل می باشند:

  • رفتار مصالح سد و مخزن اعم از بتن، آب و کابل ایزوتروپ، همگن و خطی می‌باشد.
  • تغییر شکل‌ها کوچک می باشد.
  • اثر زلزله بر کل سیستم سد و مخزن به‌صورت یکنواخت می‌باشد.
این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود پایان نامه ارشد : بررسی آزمایشگاهی اثر طوقه های لبه دار بر فرآیند آب شستگی موضعی

1-6- نوآوری‌های پژوهش

  • ارائه یک مدل نرم‌افزاری ترکیبی از سد بتنی وزنی به همراه کابل‌های پس‌تنیده با صفحه فولادی.
  • مدل‌سازی پس‌تنیدگی با روش اعمال دما.
  • تحلیل مدل سه بعدی سد بتنی وزنی با عرض نسبتاً واقعی.
  • ارائه حدود فاصله مناسب کابل‌های پس‌تنیدگی برای بهسازی و مقاوم‌سازی سدهای بتنی وزنی پس‌تنیده.

1-7- ساختار کلی پایان‌نامه:
این پایان‌نامه در پنج فصل تهیه گردیده می باشد که به گونه اختصار به تبیین زیر می‌باشند:

  • در فصل اول مقدمه‌ای بر لزوم انجام و کلیاتی از کارهای انجام شده، ارائه می گردد.
  • در فصل دوم با در نظر گرفتن شرایط مسئله، معادلات حاکم بر مسئله معرفی و سپس اختصار‌ای از مطالعات و کارهای انجام شده توسط سایر محققین ارائه می گردد.
  • در فصل سوم فرمول‌بندی ریاضی سیستم سد-پی- مخزن با احتساب اندرکنش و روش‌های حل دستگاه معادلات دینامیکی با بهره گیری از روش اجزای محدود معرفی و نیز چگونگی محاسبه کابل‌های پس‌تنیدگی و مدل‌سازی آن در روش اجزا محدود در تحلیل استاتیکی و دینامیکی ارائه می گردد.
  • در فصل چهارم آغاز صحت مدل‌سازی کامپیوتری مورد مطالعه قرار گرفته و سپس نتایج تحلیل سیستم سد-پی-مخزن در حالت پس‌تنیده با قرارگیری کابل‌ها در نقاط مختلف و تغییر شیب پایین‌دست سد مطالعه می گردد.
  • در فصل پنجم نتیجه‌گیری و پیشنهاد‌هایی برای ادامه کار ارائه می گردد.

 
 
 
 
 
فصل دوم ادبیات موضوع و پیشینه پژوهش
 
 
 
 
 
2-1- مقدمه
با در نظر داشتن اهمیت سازه سد و آسیب پذیر بودن این سازه لزوم مقاومت این سازه در برابر نیروهای اعمالی امری اجتناب ناپذیر می باشد. سدها بایستی در برابر نیروهای اعمالی به آن مانند نیروهای استاتیکی نظیر زیرفشار، فشار مخزن، و تنش‌های وارده ناشی از بارهای ثقلی و نیروهای دینامیکی نظیر زلزله و سیلاب و … مقاومت کافی داشته باشند. مدل سیستم سد-پی-مخزن با در نظر گرفتن نیروهای وارده همواره توسط محققین زیادی مورد تحلیل و مطالعه قرار گرفته می باشد. به‌طوریکه در آغاز با روش‌های تحلیلی و در نظر گرفتن فرضیات ساده شونده زیاد و سپس با روشهای عددی مبادرت به حل مدل سد نمودند. در این فصل در آغاز نگاهی گذرا به روشهای تحلیلی و عددی در حل سیستم سد-پی-مخزن خواهیم داشت. سپس تعریف و تاریخچه و کاربرد روش پس‌تنیدگی در مقاوم‌سازی و بهسازی سدها ارائه می گردد و نتایج محققین در این زمینه اظهار می گردد.
2-2- روش‌های تحلیلی
روش‌های تحلیلی اولین روش‌هایی بودند که محققین برای حل مسئله تحلیل سد و مخزن تحت اثر زلزله بکار بردند. در این نوع روش‌ها، در آغاز طبق فرضیات مصالح، معادلات حاکم و شرایط مرزی مسئله اظهار و سپس مستقیماً معادلات دیفرانسیل مربوطه حل می گردد.
 
به دلیل پیچیدگی زیاد حل این‌گونه معادلات، برای مسائل با شکل هندسی و یا شرایط مرزی پیچیده، این روش قابل‌بهره گیری نیست اما برای مسائل ساده پاسخ‌هایی توسط محققین مختلف به‌دست آمده می باشد.
جواب‌های حاصل از این روش‌ها، به دلیل سهولت در بهره گیری برای تحلیل تقریبی سدها و طراحی اولیه آنها، ابزاری بسیار مناسب و کاربردی می‌باشند. در ادامه اختصار‌ای از این روش‌ها ارائه خواهد گردید.
2-2-1- تحلیل مدل سد-مخزن بدون در نظر گرفتن اثر اندر کنش
اولین راه ‌حل جهت تحلیل سد تحت اثر زلزله توسط وسترگارد ]40[ در سال 1933 میلادی مطرح گردید. فرضیاتی که وسترگارد، با در نظر داشتن شکل 2-1 در نظر گرفت به تبیین زیر می‌باشد:

  • رفتار سیستم دو بعدی می باشد.
  • سد صلب می‌باشد.
  • کف مخزن افقی و صلب می‌باشد.
  • طول مخزن در جهت بالادست تا بی‌نهایت ادامه دارد.
  • سیال غیر چرخشی می‌باشد.
  • دانسیته آب ثابت می باشد.
  • شتاب زمین افقی و هارمونیک برابر می‌باشد که در آن:

ضریب زلزله و g شتاب ثقل زمین و T زمان تناوب تحریک می‌باشند.

  • تغییر شکل‌ها کوچک در نظر گرفته شده می باشد.
  • آب تراکم پذیر خطی می باشد.
h
y
 
x

10-اثر امواج سطحی در نظر گرفته نمی‌گردد.
 
 
 
 
شکل 2-1- مدل سد و مخزن مورد بهره گیری وسترگارد
از طرفی معادله حاکم بر محیط مخزن را می‌توان بصورت ارتباط 2-1 اظهار نمود که معادله موج در محیط دو بعدی می‌باشد ]40[.
(2-1)
که در ارتباط فوق P فشار هیدرودینامیک و C سرعت انتشار امواج در‌آب می‌باشد.
وسترگارد براساس فرضیات خود شرایط مرزی زیر را برای معادله فوق اعمال نمود:
در y=0
(2-2)                                                      در y=h
                            در x=0
       در بالادست مخزن
 
وسترگارد با حل معادله دیفرانسیل حاکم و با در نظر گرفتن شرایط مرزی پاسخ زیر را برای فشار هیدرودینامیک مخزن تحت اثر شتاب هارمونیک به‌دست آورد:
(2-3) y)
پارامترهای Cn و qn از روابط 2-4 و 2-5 به‌دست می‌آیند.
(2-4)
[1] Westergard
[2] Chopra
(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)
تعداد صفحه :134

قیمت : 14700 تومان

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

دسته‌ها: عمران