دانلود پایان نامه ارشد : بررسی و مقایسه عددی ظرفیت باربری گروه شمع­های مخروطی

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته 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)

چکیده

 در این تحقیق ظرفیت باربری گروه شمع‌های مخروطی و گروه شمع‌های استوانه‌ای با حجم یکسان محاسبه شده و مورد مقایسه قرار می‌گیرند. با توجه به کم بودن بررسی‌های عددی و مدلسازی‌ها توسط نرم افزار برای شمع‌های مخروطی نسبت به آزمایش‌های آزمایشگاهی در این زمینه، در این تحقیق مدلسازی گروه شمع‌ها توسط نرم‌افزار سه بعدی2012  PLAXIS  با استفاده از روش اجزای محدود انجام شده است. همچنین با توجه به اهمیت شمع‌ها در گروه نسبت به شمع‌های تکی، در این تحقیق هدف اصلی بررسی جزئی رفتار گروه‌ شمع‌های مخروطی و مقایسه آن با گروه شمع‌های استوانه‌ای هم حجم است. بدین منظور نمودارهای بار-  نشست هر گروه شمع تحت یک بار دلخواه بدست آمده که با استفاده از این نمودار و با تکنیک‌های موجود ظرفیت باربری کل گروه شمع محاسبه شده است. سپس مدل گروه شمع را برای دومین بار تحت باری برابر با ظرفیت باربری خودش قرار داده تا بتوان مشخصات گروه شمع از جمله وضعیت تنش موجود در اطراف بلوک گروه شمع‌ها، نشست گروه شمع ها، راندمان گروه شمع ها و … را تعیین کرد و در نهایت مقایسه‌ای را برای هر دو گروه شمع مخروطی و استوانه‌ای هم حجم متناظر انجام داد. برای محاسبه‌ی راندمان گروه هر شمع، شمع تکی از آن گروه جداگانه مدلسازی شده و مانند قبل مورد بارگذاری قرار گرفته است تا ظرفیت باربری کل شمع تکی از هر گروه نیز بدست آید. مدلسازی‌ها در خاک ماسه‌ای و با شمع‌هایی از جنس بتن در مقیاس واقعی انجام شده‏اند. پارامترهایی که در این مدلسازی‌ها متغیر بوده تا تأثیر تغییرات آن‌ها واضح‌تر شود، عبارتند از : زاویه مخروط شدگی، زاویه اصطکاک داخلی خاک ماسه‌ای، زاویه اتساع و ضریب فشار جانبی خاک .

واژه‌های کلیدی: شمع مخروطی، اجزای محدود، ظرفیت باربری، مدلسازی سه بعدی، انتگرال‌گیری عددی

فهرست مطالب

  عنوان                                                                                                              صفحه

فصل اول: مقدمه

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

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

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

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

فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته

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

2-2- مطالعات آزمایشگاهی انجام شده بر روی شمع‌های مخروطی …………………………….. 10

2-3- مدل‌سازی‌های انجام شده برای شمع‌های مخروطی ……………………………………………. 17

2-4- روش‌های تحلیلی برای شمع‌های باریک شونده …………………………………………………… 19

2-5- سایر مطالعات …………………………………………………………………………………. 21

فصل سوم: روش تحقیق

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

3-2- مدل‌های شمع تکی ………………………………………………………………………………………………… 23

3-3- مشخصات خاک‌های مورد استفاده ………………………………………………………………………… 28

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

عنوان                                                                                                              صفحه

3-5- مش‌بندی کلاستر ……………………………………………………………………………………………………. 31

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

3-7- نحوه‌ی آنالیز مد‌ل‌ها و بدست آوردن نتایج …………………………………………………………… 35

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

فصل چهارم: تفسیر نتایج

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

4-2- نتایج مدل‌سازی‌ها ………………………………………………………………………… 44

4-3- روش‌های محاسبه‌ی ظرفیت باربری در این تحقیق با استفاده از نمودارهای نیرو-

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

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

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

4-4- نتایج شمع تکی در ماسه و رس ……………………………………………………………………. 47

4-4-1- تفسیر نتایج شمع تکی در ماسه و رس ……………………………………………………. 49

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

4-5-1- تفسیر نتایج گروه شمع‌ها در ماسه و رس ……………………………………………….. 52

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

4-7- مقایسه ظرفیت باربری گروه شمع‌ها در ماسه و رس …………………………………………… 59

4-8- ارائه رابطه‌ای برای کارآمدی گروه شمع‌های مخروطی و استوانه‌ای …………………… 64

4-8-1- مقایسه معادله‌ی بدست آمده برای بازدهی گروه شمع‌ها با دیگر معادلات

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

4-9- بازدهی اصطکاکی و اتکایی شمع‌ها …………………………………………………….. 72

4-10- مقایسه‌ی فاکتور نشست در گروه شمع‌های استوانه‌ای و مخروطی در ماسه ….. 74

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

4-11-1- وضعیت  تنش‌های برشی روی صفحات دیواره بلوک گروه شمع‌ها …….. 76

عنوان                                                                                                              صفحه

4-11-2- وضعیت تنش در صفحات انتهایی بلوک گروه شمع‌ها بدون در نظر گرفتن

سطح انتهایی خود شمع‌ها ……………………………………………………………………….. 78

4-11-3- نقاط پلاستیک و الاستیک ……………………………………………………………………… 79

فصل پنجم: نتیجه­گیری و پیشنهادات

5-1- نتیجه‌گیری …………………………………………………………………………… 83

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

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

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

مقدمه

 شمع‌ها اعضای سازه‌ای از چوب، بتن، فولاد و یا مصالح دیگر هستند که برای انتقال بارهای سطحی به سطوح پایین‌تر در خاک مورد استفاده قرار می‌گیرند. این انتقال توسط توزیع بار در طول بدنه شمع یا انتقال مستقیم بار به لایه پایین‌تر از طریق نوک شمع صورت می‌گیرد که حالت اول را شمع اصطکاکی و حالت دوم را شمع اتکایی گویند. معمولاَ همه‌ی شمع‌ها بار را به صورت ترکیبی از اصطکاک بدنه و مقاومت نوک انتقال می‌دهند مگر مواردی که مثلاَ شمع در یک خاک خیلی نرم نفوذ کرده تا به یک بستر سخت برسد. شمع‌ها معمولاً برای اهداف زیر استفاده می‌شوند:

1- انتقال بار سازه‌های عظیم به درون لایه‌های زیرین. (بارهای عمودی و جانبی)

2- مقاومت در مقابل نیروی کششی رو به بالا یا واژگونی به عنوان مثال برای پی‌های یکنواخت در زیر سطح آب یا برای نگه‌داشتن پایه‌های پل در مقابل واژگونی ناشی از بارهای جانبی نظیر باد.

3- تراکم لایه‌های نرم و غیرچسبنده توسط ترکیبی از جابه‌جایی‌ها توسط حجم شمع و حرکت شمع به شیوه‌ی لرزشی . این نوع شمع‌ها ممکن است بعداً بیرون کشیده شوند.

4- کنترل نشست، هنگامی که پی نواری یا گسترده روی خاکی که در زیر آن لایه‌ای با قابلیت تراکم زیاد قرار دارد.

5- سخت‌تر کردن خاک در زیر پی برای کنترل دامنه ارتعاش و فرکانس طبیعی سیستم.

6- به عنوان ضریب اطمینانی بیشتر برای پایه‌ها یا تکیه‌گاه‌های پل.

7- در سازه‌های فراساحلی برای انتقال بارها در بالای سطح آب به خاک زیرین. گاهی اوقات برای کنترل حرکات زمینی (برای مثال زمین لغزش‌ها). شمع‌ها تحت بارهای عمودی و جانبی ممکن است گسیخته شوند. همچنین در اعضای طویل ممکن است گسیختگی کمانشی رخ دهد.

یک پی به صورت شمع بسیار هزینه‌برتر از پی نواری و تقریباً هزینه‌برتر از یک پی گسترده است. در هر مورد طراحی پی‌ها مطالعات در مورد مشخصات خاک محل بسیار حائز اهمیت است. زیرا براساس این مطالعات باید با دقت تصمیم‌گیری شود که آیا نیاز به شمع است و اگر هست آیا به تعداد بیشتری یا طول شمع بیشتری نیاز است.

ظرفیت باربری شمع به معنای حداکثر بار وارده به شمع می‌باشد، که شمع تحت اثر آن به میزان قابل قبولی نشست کند. در نظر گرفتن ظرفیت باربری به میزان بیشتر از مقدار واقعی، چه بسا موجب وارد آمدن خسارت سنگین به سازه‌ها و یا زوال کلی آن­ها شده است. از طرف دیگر در نظر گرفتن آن به میزان کمتر از مقدار واقعی، باعث بزرگ شدن بیش از حد ابعاد شمع شده و آن را غیراقتصادی می‌سازد. ظرفیت باربری نه تنها به مشخصات مکانیکی خاک و شرایط محیطی بستگی دارد، بلکه تابعی از شکل، ابعاد، جنس و نحوه اجرای آن می‌باشد. به دست آوردن یک رابطه کلی برای محاسبه ظرفیت باربری شمع‌ها حتی با در نظر گرفتن تعداد محدودی از عوامل مؤثر در آن، منجر به معادلات دیفرانسیل بسیار پیچیده‌ای می‌شود که حل آن­ها در حالت کلی مقدور نبوده و تنها در برخی حالات محدود میسر می‌باشد. اگرچه که امروزه روشهای تحلیلی سودمندی مانند روش اجزای محدود باعث شده تا گرایش به سمت روش‌های تحلیل عددی افزایش یابد. البته باید توجه داشت که نتایج حاصل از مدلسازی‌های اجزای محدود و یا روش‌های مشابه باید حتماً با نتایج آزمایشگاهی صحت سنجی شوند تا قابل استفاده باشند.

 1-2- هندسه متعارف برخی شمع‌های درجا

یک شمع درجا با حفر یک سوراخ در زمین و پرکردن آن با بتن شکل می‌گیرد. این سوراخ ممکن است به صورت صندوقچه حفر شده و یا به وسیله راندن یک پوسته یا لوله جداری در زمین ایجاد شود. لوله جداری می‌تواند توسط یک محور فولادی در زمین رانده شود؛ به طوریکه محور فولادی در هنگام بالا آمدن، لوله جداری را رها می‌کند.

شکل (1-1) برخی از شمع‌های درجا که استفاده از آن‌ها رایج است را نشان می‌دهد. باید توجه داشت که این شمع‌ها به طور کلی سه نوع می‌باشند. (1) پوسته‌ای یا جداره‌ای (2) فاقد پوسته و (3) پایه ستونی.

شکل 1-1- هندسه برخی شمع­های درجا [1]

در شکل (1) موارد (a) و (b) شمع‌های بدون پوسته هستند. موارد (b) و (c) شمع‌های پایه ستونی هستند که حداکثر تا 35 متر طول دارند. شمع‌های (c) تا (h) از نوع پوسته‌ای هستند که در بین آن‌ها (f) و (g) شمع‌های مخروطی و (h) شمع مخروطی پله‌ای می‌باشد.

شمع‌های با مقطع متغیر شمع‌هایی هستند که مقاطع عرضی در قسمت سرشمع نسبت به نوک بزرگتری دارند. یکی از انواع شمع‌های با مقطع متغیر شمع با مقطع دایروی متغیر می‌باشد که از لحاظ شکل ظاهری به شکل مخروط بوده و به شمع مخروطی شهرت دارد (شکل 1- موارد f و g). شمع‌های به شکل مخروط یک مزیت اساسی نسبت به شمع‌های استوانه‌ای دارند و آن این است که در حالت اصطکاک به طرف پایین، نیروی محوری شمع از قسمت سرشمع به سمت نوک شمع کم می‌شود پس از لحاظ مقطع برای انتقال بار سازه‌ای به خاک هر چه به سمت پایین شمع می‌رویم به مقاطع کوچکتری نیاز می‌باشد که این موضوع را در شمع‌های مخروطی مشاهده می‌کنیم. این امر باعث صرفه‌جویی در حجم مصالح و توزیع صحیح مصالح در شمع می‌شود. همچنین برای شمع‌های تحت بار جانبی هنگامی که بار جانبی به قسمت سرشمع اعمال می‌شود، از سر شمع به نوک شمع به دلیل انتقال بار به خاک از مقدار نیروی افقی در بدنه سازه‌ای شمع کاسته می‌شود که این امر با شکل و حجم مصالح و اندازه مقاطع شمع مخروطی که روندی کاهنده در طول شمع دارد مطابقت دارد و در کل می‌توان گفت که شمع‌های مخروطی نسبت به شمع‌های استوانه‌ای دارای یک توزیع مناسب‌تر مصالح برای انتقال انواع بارگذاری‌ها می‌باشند. برای آنکه یک شالوده به عنوان شمع تعریف شود لازم است که نسبت عمق به عرض متوسط یا شعاع حداقل برابر 6 باشد. طبق این تعریف حداکثر زاویه‌ای که برای یک شمع مخروطی می‌توان در نظر گرفت 9/46 درجه می‌باشد. بیشتر روابطی که تاکنون برای شمع‌ها انتشار یافته‌اند مربوط به شمع‌های استوانه‌ای یا منشوری می‌باشند، در حالی که برای شمع‌های مخروطی رابطه تئوری مشخصی ارائه نشده است که بتواند رفتار آن­ها در خاک را مشخص کند. با این حال در سه دهه اخیر یک افزایش در علاقه مندی به مطالعه، برای بررسی رفتار شمع‌های مخروطی دیده شده است.

1-3- نحوه قرارگیری شمع‌ها در خاک

شمع‌ها از طریق چندین روش در خاک قرار می‌گیرند:

1- راندن شمع در خاک توسط ضربات ثابت متوالی در بالای شمع با استفاده از چکش شمع. این روش صدا و لرزش‌های محلی قابل توجهی ایجاد می‌کند که ممکن است توسط آیین‌نامه‌های محلی یا سازمان‌های محیط زیستی مجاز نباشد و همچنین ممکن است به سازه‌های اطراف خسارت وارد کند.

2- راندن شمع در خاک توسط دستگاه لرزش متصل به سرشمع. این روش معمولاً بی‌سروصدا است. این روش برای راندن در خاک‌های با چسبندگی کم کاربردی‌تر است.

3- جک کردن شمع. این تکنیک برای شمع‌های کوتاه و سخت کاربردی‌تر می‌باشد.

4- حفر کردن یک سوراخ و قراردادن شمع درون آن یا به صورت رایج‌تر، پرکردن حفره با بتن.

 1-4- گروه شمع‌ها

گروه شمع‌ها با بارگذاری عمودی

وقتی که تعدادی شمع در کنار هم جمع می‌شوند، معقول است که انتظار داشت که فشارهای ایجاد شده در خاک ناشی از اصطکاک جانبی و یا مقاومت اتکائی همانطور که در شکل زیر نشان داده شده روی هم بیافتند. (شکل2-1)

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

شدت فشار اضافی، به بار شمع‌ها و فواصل آن­ها بستگی خواهد داشت و اگر تا حد کافی بزرگ شود خاک در برش گسیخته خواهد شد و یا نشست‌های اضافی خواهیم داشت. شدت تنش در نواحی تنشی روی هم افتاده  به طور واضحی با افزایش در فواصل شمع‌ها (S) کاهش خواهد یافت. اگرچه که فواصل زیاد اغلب غیرعملی هستند. زیرا معمولاً کلاهک گروه شمع برای تکیه‌گاه ستون‌های سازه و همچنین پخش کردن بار روی چندین شمع بر روی سر تمام شمع‌ها به صورت یکپارچه ساخته می‌شود و همین عامل می‌تواند باعث محدود شدن فاصله‌ی شمع‌ها از هم شود. (شکل 1-3)

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

با توجه به کم بودن بررسی‌های عددی و مدلسازی‌ها توسط نرم‌افزار برای شمع‌های مخروطی و به خصوص برای گروه شمع‌های مخروطی نسبت به آزمایش‌های آزمایشگاهی در این زمینه، در این تحقیق هدف مدلسازی گروه شمع‌های مخروطی و استوانه‌ای با استفاده از نرم‌افزار سه بعدی “PLAXIS” و در نهایت مقایسه و بررسی نتایج حاصل از مدلسازی‌ها با استفاده از نمودارهای بار- نشست می‌باشد. بنابراین مشخصه‌هایی از گروه شمع‌ها یعنی زاویه مخروط شدگی، زاویه اصطکاک داخلی خاک ماسه‌ای، ضریب فشار جانبی خاک و زاویه اتساع خاک در گروه را تغییر می‌دهیم و مدل‌ها را با هم مقایسه می‌کنیم. باید توجه داشت که برای شمع‌های مخروطی، زاویه مخروط شدگی را از صفر تا 1/6° در چند مرحله افزایش می‌دهیم. در طول مراحل مدلسازی طول همه‌ی شمع‌ها ثابت می‌باشد و فاصله‌ی شمع‌ها از یکدیگر نیز در گروه شمع‌ها بهینه انتخاب شده و ثابت می‌ماند. مدلسازی‌ها برای گروه شمع‌های 4 تایی انجام می‌شوند. پس از بدست آوردن نمودارهای نیرو- نشست برای هر گروه شمع ظرفیت باربری کل هر گروه با استفاده از چندین تکنیک متفاوت و مرسوم اندازه‌گیری شده و گروه شمع دوباره تحت همان نیرو مورد آنالیز قرار می‌گیرد. سپس نتایج حاصل از آنالیز ثانوی را برداشت کرده و با استفاده از یک سری داده‌های مربوط به تنش مؤثر قائم و بردن آن­ها به نرم‌افزار تجاری “surfer 2009” یک انتگرال‌گیری عددی روی سطح کف شمع‌ها انجام می‌دهیم تا مقدار ظرفیت باربری اتکائی و اصطکاکی شمع‌ها را نیز در اختیار داشته باشیم. بدین صورت مقایسات بهتری را برای هر گروه شمع خواهیم داشت.                                                                     

در فصل بعدی از پایان نامه مروری بر تحقیقات و مطالعات انجام شده و روش‌های محاسبه ظرفیت باربری شمع‌های مخروطی و استوانه‌ای خواهیم داشت.

تعداد صفحه :133

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

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

پشتیبانی سایت :        09199970560        info@arshadha.ir

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.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

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