دانشگاه مازندران

مجتمع فنی مهندسی نوشیروانی بابل

دانشکده مهندسی عمران

 

عنوان پایان نامه:

تعیین فشار هیدرودینامیک در مخزن سدهای بتنی وزنی تحت اثر بار دینامیکی با احتساب ویسکوزیته سیال

 

جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

رشته مهندسی عمران- سازه

 
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 :
با در نظر داشتن افزایش روزافزون جمعیت و نیاز فزاینده به ذخیره سازی آب از یکطرف و پیشرفت علم و تکنولوژی از طرف دیگر، ساخت سد ها را برای توسعه منابع آب،  به مقصود ذخیره سازی آن توجیه پذیر می نماید. سدهای بتنی بلند که به فرم مدرن خود از اوائل قرن بیستم مورد توجه قرار گرفتند تحت تاثیر فشار هیدرودینامیکی قابل توجه آب مخزن تحت اثر زلزله قرار می گیرند.  تعیین مقادیر فشارهای هیدرودینامیکی در تحلیل لرزه ای که بطور کلاسیک از سال 1933 با فرضیات ساده شونده ای شروع گردیده بدلیل پیچیدگی آن همچنان مورد توجه محققین می باشد.
در این پژوهش معادله حاکم بر محیط مخزن با در نظر گرفتن اثر لزجت سیال با فرض سد صلب و شرایط متفاوت مرزی در محیط مخزن مورد توجه قرار گرفته و حل دقیق آن در فضای فرکانسی و نیز فضای زمانی تحت تحریک هارمونیک افقی و قائم برای لزجت های مختلف سیال مخزن ارائه گردیده می باشد.
نتایج نشان می دهند که لزجت سیال بر فرکانس تشدید مخزن تاثیر گذاشته و باعث ایجاد تغییراتی در آن نسبت به حالتی که لزجت در نظر گرفته نمی گردد می گردد. این تغییرات در فرکانس های تحریک نزدیک به فرکانس تشدید مخزن برروی فشار هیدرودینامیک نسبت به حالتی که لزجت صفر فرض می گردد نسبتا قابل توجه می باشد.
 
 
فهرست مطالب:
عنوان   صفحه
فصل اول : کلیات… 1
1-1-مقدمه 2
1-2-آشنایی با رفتار دینامیکی سیستم سد- مخزن.. 4
1-3-هدف پژوهش 6
1-4 -ساختار پایان نامه.. 6
فصل دوم : معادلات حاکم و مطالعه روش های حل معادلات… 7
2-1- مقدمه.. 8
2-2- معادله حاکم بر انتشار امواج در محیط مخزن.. 8
2-3-شرایط اولیه و مرزی محیط سیال.. 12
2-3-1-شرط مرزی در سطح آزاد مخزن.. 13
2-3-2-شرط مرزی در کف مخزن.. 13
2-3-3-شرط مرزی بین سد و مخزن.. 14
2-3-4-شرط مرزی در بالا دست مخزن.. 15
2-3-5-شرایط اولیه.. 16
2-4-مطالعه روش های حل معادلات دیفرانسیل.. 16
2-4-1-روش های حل بسته.. 17
2-4-1-1-روش جواب عمومی… 17
2-4-1-2-روش جداسازی متغیر ها. 17
2-4-1-3-روش بهره گیری از تبدیلات… 18
2-4-1-3-1-تبدیلات فوریه.. 19
2-4-1-3-1-1-تبدیل فوریه سینوسی… 19
2-4-1-3-1-2-تبدیل فوریه کسینوسی 19
2-4-1-3-1-3-تبدیل فوریه.. 20
2-4-1-3-2-تبدیل لاپلاس…. 21
2-4-2-روش های تقریبی… 21
2-4-2-1-روش هموتوپی پرتورپیشن… 22
2-4-2-2-روش تغییرات تکراری… 24
2-4-2-2-1-روش محاسبه ضریب لاگرانژ. 24
2-4-3-روشهای عددی… 25
2-4-3-1-روش لاگرانژی… 26
2-4-3-2-روش اویلری… 26
فصل سوم : نظری بر مطالعات انجام شده. 27
3-1-مقدمه.. 28
3-2-نتایج کار وسترگارد. 28
3-3-مطالعه صحت حل وسترگارد. 31
3-4-نتایج کار چوپرا 32
3-4-1-پاسخ به حرکت افقی زمین… 32
3-4-1-1-مقایسه جواب چوپرا با وسترگارد. 34
3-4-1-2-پاسخ ضربه واحد.. 37
3-4-2-پاسخ به حرکت قائم زمین… 38
3-5-اثر اندرکنش سد- مخزن.. 40
3-5-1- مولفه افقی حرکت زمین 40
3-5-2- مولفه قائم حرکت زمین… 41
3-5-3-مقایسه پاسخ به موئلفه افقی و قائم زلزله.. 42
3-6-مطالعه پاسخ ها در حوزه زمانی 44
3-7-مطالعه پاسخ ها به روش عددی… 46
3-8-مطالعه شرط مرزی انتشار 46
فصل چهارم : حل معادلات حاکم.. 48
4-1- مقدمه.. 49
4-2-حل معادله حاکم با سیال لزج تحت شتاب افقی… 50
4-3-حل معادله حاکم با سیال لزج تحت شتاب قائم و اثر موج سطحی و اثر جذب کف… 60
4-4-حل معادله حاکم با سیال لزج تحت شتاب افقی و قائم و اثر موج سطحی و اثر جذب کف… 79
4-5-حل معادله حاکم با سیال غیر لزج تحت شتاب افقی در حوزه زمانی… 81
4-5-1-روش جدا سازی متغیر ها با 3 متغیر. 81
4-5-2-تبدیل لاپلاس 84
4-5-3-تبدیل فوریه کسینوسی… 87
4-6-حل معادله حاکم با سیال غیر لزج تحت شتاب قائم واثر موج سطحی در حوزه زمانی… 89
4-7-مطالعه سیال تراکم ناپذیر 91
4-7-1-اثر شتاب قائم بر روی سیال تراکم ناپذیر. 91
4-7-2-اثر شتاب افقی بر روی سیال تراکم ناپذیر. 97
4-8-مطالعه اثر جذب کف در حالت شتاب افقی… 103
4-8-1-حل و بحث ارتباط بازگشتی… 105
4-8-1-1- ارائه پاسخی برای  بر اساس روش پیشنهادی پاولچر. 110
4-9- اثر موج سطحی در حالت شتاب افقی… 116
4-10-مطالعه شرط انتشار. 118
4-10-1-شرط انتشار با در نظر گرفتن طول محدود. 118
4-10-2-شرط انتشار سامرفیلد.. 124
4-10-3-شرط انتشار شاران 125
4-10-4-شرط انتشار دقیق… 127
فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات… 132
5-1- نتیجه گیری… 133
5-2- پیشنهادات… 135
مراجع.. 136
 
فهرست اشکال:
عنوان.. صفحه
شکل (1-1):سیستم سد- مخزن.. 4
شکل (1-2): امواج‌ هیدرودینامیک ایجاد شده توسط ارتعاشات سد .. 5
شکل (2-1): سیستم سد –مخزن و شرایط مرزی… 13
شکل (3-1): مدل سد و مخزن به کار رفته توسط وسترگارد. 29
شکل (3-2): منحنی ساده شده تغییرات فشار روی دیواره سد.. 30
شکل (3-3): دستگاه مختصات… 32
شکل (3-4): مقایسه پاسخ های چوپرا و وسترگارد در   الف)x=0 35
شکل (3-4): مقایسه پاسخ های چوپرا و وسترگارد در   ب)x=h  36
شکل (3-4): مقایسه پاسخ های چوپرا و وسترگارد در   ج)x=2h  36
شکل (3-4): مقایسه پاسخ های چوپرا و وسترگارد در   د)x=4h  37
شکل (3-5): پاسخ فرکانس مختلط برای نیروی هیدرودینامیک کل.. 39
شکل (3-6): سیستم سد و مخزن فرض شده توسط چوپرا 40
شکل (3-7): پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد با ارتفاع 300 فوت به دو مؤلفه زلزله Elcentro.. 43
شکل (4-1): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در(t=0): الف) sec Ts=1.. 55
شکل (4-1): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در(t=0): ب) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 56
شکل (4-1): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در(t=0): ج) sec Ts=0.1.. 56
شکل (4-2): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در(t=0): الف) sec Ts=1.. 57
شکل (4-2): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در(t=0): ب) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 57
شکل (4-2): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در(t=0): ج) sec Ts=0.1.. 58
شکل (4-3): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در(t=0): الف) sec Ts=1.. 58
شکل (4-3): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در(t=0): ب) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 59
شکل (4-3): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در(t=0): ج) sec Ts=0.1.. 59
شکل (4-4): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در (): الف) sec Ts=0.1.. 64
شکل (4-4): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در (): ب) sec Ts=1.. 64
شکل (4-4): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در (): ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 65
شکل (4-5): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در (): الف) sec Ts=0.1.. 65
شکل (4-5): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در (): ب) sec Ts=1.. 66
شکل (4-5): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در (): ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 66
شکل (4-6): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در (): الف) sec Ts=0.1.. 67
شکل (4-6): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در (): ب) sec Ts=1.. 67
شکل (4-6): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در (): ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 68
شکل (4-7): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در (): الف) sec Ts=0.1.. 68
شکل (4-7): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در (): ب) Ts=1sec. 69
شکل (4-7): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در (): ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 69
شکل (4-8): مقایسه نتایج روابط(4-41) و (4-43) در()، الف) sec Ts=0.1. 70
شکل (4-8): مقایسه نتایج روابط(4-41) و (4-43) در()، ب) sec Ts=1. 71
شکل (4-8): مقایسه نتایج روابط(4-41) و (4-43) در()، ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 71
شکل (4-9): مقایسه نتایج روابط(4-41) و (4-43) در()، الف) sec Ts=0.1. 72
شکل (4-9): مقایسه نتایج روابط(4-41) و (4-43) در()، ب) sec Ts=1. 72
شکل (4-9): مقایسه نتایج روابط(4-41) و (4-43) در()، ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 73
شکل (4-10): مقایسه نتایج روابط(4-41) و (4-43) در()، الف) sec Ts=0.1. 73
شکل (4-10): مقایسه نتایج روابط(4-41) و (4-43) در()، ب) sec Ts=1. 74
شکل (4-10): مقایسه نتایج روابط(4-41) و (4-43) در()، ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 74
شکل (4-11): مقایسه نتایج برای سیال لزج و غیرلزج در فرکانس های مختلف… 76
شکل (4-12): مقایسه نتایج روابط(4-43) و (4-45) در(t=0)، الف) sec Ts=0.1. 77
شکل (4-12): مقایسه نتایج روابط(4-43) و (4-45) در(t=0)، ب) sec Ts=1. 77
شکل (4-12): مقایسه نتایج روابط(4-43) و (4-45) در(t=0)، ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 78
شکل (4-12): مقایسه نتایج روابط(4-43) و (4-45) در(t=0)، د) sec Ts=5. 78
شکل (4-13): مقایسه نتایج روابط(4-50) و (4-106) در()، الف) sec Ts=0.1. 92
شکل (4-13): مقایسه نتایج روابط(4-50) و (4-106) در()، ب) sec Ts=1. 93
شکل (4-13): مقایسه نتایج روابط(4-50) و (4-106) در()،ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 93
شکل (4-14): مقایسه نتایج روابط(4-50) و (4-106) در()، الف) sec Ts=0.1. 94
شکل (4-14): مقایسه نتایج روابط(4-50) و (4-106) در()، ب) sec Ts=1. 94
شکل (4-14): مقایسه نتایج روابط(4-50) و (4-106) در()،ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 95
شکل (4-15): مقایسه نتایج روابط(4-50) و (4-106) در()، الف) sec Ts=0.1. 95
شکل (4-15): مقایسه نتایج روابط(4-50) و (4-106) در()، ب) sec Ts=1. 96
شکل (4-15): مقایسه نتایج روابط(4-50) و (4-106) در()،ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 96
شکل (4-16): مقایسه نتایج روابط (4-27) و (4-107) در()، الف) sec Ts=0.1. 98
شکل (4-16): مقایسه نتایج روابط (4-27) و (4-107) در()، ب) sec Ts=1. 98
شکل (4-16): مقایسه نتایج روابط (4-27) و (4-107) در()،ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 99
شکل (4-17): مقایسه نتایج روابط (4-27) و (4-107) در()، الف) sec Ts=0.1. 99
شکل (4-17): مقایسه نتایج روابط (4-27) و (4-107) در()، ب) sec Ts=1. 100
شکل (4-17): مقایسه نتایج روابط (4-27) و (4-107) در()، ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 100
شکل (4-18): مقایسه نتایج روابط (4-27) و (4-107) در()، الف) sec Ts=0.1. 101
شکل (4-18): مقایسه نتایج روابط (4-27) و (4-107) در()، ب) sec Ts=1. 101
شکل (4-18): مقایسه نتایج روابط (4-27) و (4-107) در()، ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 102
شکل (4-19): مقایسه منحنی و خط ارتباط (4-116) در ()، الف) sec Ts=0.1.. 106
شکل (4-19): مقایسه منحنی و خط ارتباط (4-116) در ()، ب) sec Ts=1.. 107
شکل (4-19): مقایسه منحنی و خط ارتباط (4-116) در ()، ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 107
شکل (4-20): مقایسه منحنی و خط ارتباط (4-116) در (0)، الف) sec Ts=0.1.. 108
شکل (4-20): مقایسه منحنی و خط ارتباط (4-116) در (0)، ب) sec Ts=1.. 108
شکل (4-20): مقایسه منحنی و خط ارتباط (4-116) در (0)، ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 109
شکل (4-21): مقایسه منحنی و خط ارتباط (4-110) در () و sec Ts=0.1.. 110
شکل (4-22): مقایسه نتایج چوپرا با دو روش پیشنهادی در، الف) sec Ts=0.1. 112
شکل (4-22): مقایسه نتایج چوپرا با دو روش پیشنهادی در، ب) sec Ts=1. 112
شکل (4-22): مقایسه نتایج چوپرا با دو روش پیشنهادی در، ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا. 113
شکل (4-23): مقایسه نتایج چوپرا با دو روش پیشنهادی در، الف) sec Ts=0.1. 113
شکل (4-23): مقایسه نتایج چوپرا با دو روش پیشنهادی در، ب) sec Ts=1. 114
شکل (4-23): مقایسه نتایج چوپرا با دو روش پیشنهادی در، ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا. 114
شکل (4-24): مقایسه نتایج چوپرا با دو روش پیشنهادی در، الف) ………… 115
شکل (4-24): مقایسه نتایج چوپرا با دو روش پیشنهادی در، ب) . 115
شکل (4-24): مقایسه نتایج چوپرا با دو روش پیشنهادی در، ج) . 116
شکل (4-25): مقایسه نتایج روابط (4-20) و (4-127) در()، الف) sec Ts=0.1. 120
شکل (4-25): مقایسه نتایج روابط (4-20) و (4-127) در()، ب) sec Ts=1. 120
شکل (4-25): مقایسه نتایج روابط (4-20) و (4-127) در()، ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 121
شکل (4-26): مقایسه نتایج روابط (4-20) و (4-127) در()، الف) sec Ts=0.1. 121
شکل (4-26): مقایسه نتایج روابط (4-20) و (4-127) در()، ب) sec Ts=1. 122
شکل (4-26): مقایسه نتایج روابط (4-20) و (4-127) در()، ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 122
شکل (4-27): مقایسه نتایج روابط (4-20) و (4-127) در()، الف) sec Ts=0.1. 123
شکل (4-27): مقایسه نتایج روابط (4-20) و (4-127) در()، ب) sec Ts=1. 123
شکل (4-27): مقایسه نتایج روابط (4-20) و (4-127) در()، ج) پریود تحریک نزدیک به رزونانس چوپرا 124
شکل (4-28): مقایسه نتایج روابط (4-27) و (4-134) و (4-136) برای ()، بر حسب فرکانس   126
شکل (4-29): مقایسه نتایج   و شرط مرزی سامرفیلد برای ()، بر حسب فرکانس…. 129
شکل (4-30): مقایسه نتایج   و شرط مرزی سامرفیلد برای ()، بر حسب فرکانس     130
  
 
فصـل اول
کلیات
 
 
1-1- مقدمه
با در نظر داشتن توسعه روز‌افزون صنعت و رشد جمعیت و نیاز کارگاه‌ها و صنایع کوچک و بزرگ و کشاورزی به مصرف آب در کشورمان نیاز به حفظ و نگهداری منابع آبی و تنظیم جریانهای آبی در کشور بیش از پیش احساس می گردد. یکی از مهمترین روشهای تنظیم جریانهای رودخانه ساخت سد می‌باشد. در مسیر ساخت و بهره‌برداری از یک سد ابتدایی‌ترین گام مطالعه مدل ریاضی سد و نیروهای وارد بر سازه سد می‌باشد. در این مسیر دو شیوه متفاوت جهت تحلیل هست.
1 تحلیل استاتیکی
در این روش، مسئله با در نظر داشتن دانش مقاومت مصالح و قوانین پایداری استاتیکی مطالعه می گردد. در این روش تمام نیروها به صورت استاتیکی مطالعه می شوند و سیال هم مانند خواصی که یک جسم صلب دارد تراکم‌ناپذیر در نظر گرفته می گردد، که همراه با سد جا به جا می گردد و پاسخ‌های سازه مستقل از زمان بدست می‌آیند.
در این روش با اعمال ضریبی به نام ضریب بار یا فاکتور ضربه، بارهای دینامیکی را به بارهای استاتیکی معادل تبدیل و رفتار سازه در حالت استاتیکی تعیین می گردد. در محاسبه نیروی زلزله به این روش در سدهای بتنی، اثر نیروی زلزله به صورت یک نیروی افقی و قائم بر حسب ضریبی از جرم سازه به گونه یکنواخت در ارتفاع سد در نظر گرفته می گردد. این ضریب توسط محاسبات ریاضی و با بهره گیری از تجربیات و قضاوت مهندسی تعیین می گردد.
همچنین نیروی هیدرودینامیکی سیال به صورت جرم افزوده معادل جایگزین می گردد. این نیرو به نیروی هیدرواستاتیک اعمالی از طرف مخزن بایستی اضافه گردد. وزن سیال معادل، مقداری از سیال پشت سد می باشد که فرض می گردد همراه با سد جابجا می گردد که به شکل جرم اضافی در نظر گرفته می گردد.
2- تحلیل دینامیکی
در این روش با حل معادله حاکم بر رفتار سیستم سد- مخزن و در یک بازه زمانی، پاسخ ها ( تغییر مکان، فشار، تنش و… ) بدست می‌آید. این پاسخ‌ها وابسته به زمان می باشد. تحلیل دینامیکی سیستم سد و مخزن را به دو شیوه می‌توان مطالعه نمود:
1- بدون در نظر گرفتن اندرکنش1 سد و مخزن.
2- با در نظر گرفتن اندرکنش سد و مخزن.
تحلیل سازه‌ها پیش روی نیروهای دینامیکی ناشی از زلزله، انفجار، باد، برخورد امواج، بارهای متحرک و … به علت طبیعت متغیر این نیروها، نسبت به تحلیل استاتیکی کاری مشکل، پرهزینه و وقت‌گیر می‌باشد. لیکن از آنجائیکه نیروهای ناشی از زمین لرزه از موردها بسیار مهم و تعیین‌کننده در طراحی سازه ‌های بزرگ بخصوص سدها می‌باشد، لزوم واکاوی دینامیکی اجتناب ‌ناپذیر می باشد. اندازه دقت در ارزیابی این نیروها، به مدل سازه، مقدار بار دینامیکی و مدل ریاضی انتخابی بستگی دارد.
به طورکلی فرضیات مورد بهره گیری در اغلب تحلیل سیستم‌های سد- مخزن توسط محققین به تبیین زیر می باشد:
1- رفتار مصالح اعم از آب، بتن ارتجاعی2 و خطی3 فرض می گردد.
2- محیط مورد مطالعه (آب یا جسم سد) همگن4 و هموژن5 فرض می گردد.
3- آب مخزن، غیرچسبنده1 فرض می گردد.
4- حرکت آب مخزن غیرپیچشی2 و با دامنه کم می‌باشند.
5- امواج غیرسطحی در نظر گرفته نمی‌گردد.
6- پی سد صلب در نظر گرفته می گردد.
7- مولفه افقی حرکت زمین عمود بر محور سد می باشد.
8- سد بسیار  عریض بوده به صورتی که سیستم سد و مخزن دو بعدی مطالعه می گردد.
9-مخزن سد در امتداد بالادست تا بی نهایت ادامه می یابد.
بتدریج با گسترش روش های تحلیلی وعددی بعضی از فرضیات مذکور حذف و مسئله به واقعیت نزدیکتر گردید.
 
1-2- آشنایی با رفتار دینامیکی سیستم سد- مخزن
سیستمی متشکل از یک سد بتنی وزنی طویل که بر روی پی صلب قرار دارد و مخزنی با کف افقی که تا بی‌نهایت ادامه داشته باشد مطابق شکل (1-1) در نظر گرفته می گردد.
 
1 interaction
2 elastic
3 linear
4 isotrope
5 homogenous
1 inviscid
2 irrotational
 



تعداد صفحه : 146
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه ارشد: تحلیل هیدرودینامیکی سکوی نیمه شناور خرپایی تحت امواج تصادفی

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.

دسته‌ها: عمران