مقدمه

اولین سد درجهان،سد وزنی الکفره2750-2950 سال قبل از میلاد مسیح توسط مصریان باستان ازسنگ یا بتن ساخته شده است.این سدها برخلاف سدهای خاکی،محدودیت ارتفاع نداشته ودرمقایسه باسدهای بتنی قوسی قابلیت احداث در دره های عریض وکم شیب را دارند،علیرغم آنکه حجم بتن مصرفی درسدهای بتنی وزنی،میتوان ازآنها به عنوان یک گزینه مناسب جهت ذخیره آب های سطحی بادرنظر گرفتن شرایط وموقعیت محل احداث،استفاده کرد.درایران تعداد زیادی سد بتنی وزنی مانند سد تنظیمی زاینده رود دراصفهان،سد تنظیمی لتیان درتهران،سد فریمان درخراسان رضوی وسدهای تنظیمی دز،گتوند وکرخه درخوزستان ساخته شده است.درکشور ما زلزله به عنوان بزرگترین عامل تهدید کننده پایداری سدها شناخته شده است،بنابراین مسئله اندرکنش دینامیکی سدومخزن جهت کنترل پایداری باید مورد بررسی قرار گیرد وجزءپیچیده ترین مسائل این ابرسازه ها است.

آموزش جامع نرم افزار Ansys

به مهندس برتر رشته خود تبدیل شوید

تحلیل کشش ، تحلیل گرمایی ، تحلیل هارمونیکی ، Design Modeler ، آموزش مدلسازی

تحلیل مودال ، حالت گذرا ، Meshing ، تحلیل تغییر فرم شدید و …

کلیک کنید

فهرست مطالب

چکیده         1

مقدمه         2

4

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل اول:تاریخچه موضوع

1-1-مقدمه

سدهای بزرگ به منظور ذخیره مقادیر عظیم آب حاصل از ذوب برف های زمستانی وسیلاب های بهاره وپاییزه احداث میشوند وعلاوه برتامین آب مورد نیاز شرب وکشاورزی،سیلاب های ویرانگر را کنترل کرده وامکان تولید انرژی برفابی را فراهم میکنند.باتوجه به اهمیت سدها درجهان،رعایت اصول ایمنی وبرخورداری از دانش فنی به منظور طرح،ساخت و حفظ پایداری آنها پس از ساخت،یکی از اساسی ترین نیازهای مهندسی وعمرانی درسطح کلان است.سدها سازه های منحصر بفردی هستند که بدون توجه به نوع واندازه آنها،ازنظر عکس العمل دربرابر بارگذاری واندرکنش باعوامل زمین شناسی وهیدرولوژیک،پیچیدگی های زیادی دارند.باتوجه به اهمیت حفظ پایداری سدها وجلوگیری از تخریب وشکست آنها برای جلوگیری از وارد آمدن خسارت های جبران ناپذیر جانی ومالی،لزوم تحقیق در زمینه شیوه های مختلف مدل سازی،طراحی وساخت سدامری ضروری است.همانطور که میدانیم درکشورما زلزله به عنوان بزرگترین عامل تهدید کننده پایداری سدها شناخته شده است،بنابراین آشنایی بارفتار سدهای خاکی وبتنی دربرابر زلزله و پیش بینی عکس العمل آنها ضروری است.دراین میان پیش بینی رفتار سدهای بتنی درهنگام وقوع زلزله،ازپیچیده ترین مسائل دینامیک سازه هااست.عوامل متعددی دراین پیچیدگی دخالت دارند که میتوان به موارد ذیل اشاره کرد:

الف-مخازن سدها دارای اشکال پیچیده ای است که این امر ناشی از توپوگرافی طبیعی محل احداق سد است.

ب- پاسخ سدها به طور قابل توجهی تحت تاثیر تغییرات شدت ومشخصات حرکت زمین درنقاط مختلف عرض و ارتفاع دره است.باوجود این درحال حاضر به علت فقدان تجهیزات،ثبت رکورد مناسب تغییرات مکانی حرکت زمین بااطمینان کافی قبول تعریف نیست.

ج-درنهایت پاسخ یک سد درحالت کلی تاحد زیادی ازعوامل زیر تاثیر می پذیرد:

  • حرکت زلزله القاء شده توسط آب پشت سد
  • انعطاف پذیری فونداسیون سد
  • اندرکنش بین مخزن،سد و فونداسیون

باتوجه به مطالب عنوان شده،تعیین دقیق ترین روش تحلیل وطراحی سد،باتامین ایمنی وپایداری آن رابطه ای بسیار نزدیک دارد،ازطرفی به دلیل اینکه سد سازی یک پروژه ملی وحیاتی و پرهزینه است،توجه به وجوه اقتصادی نیز درکنار تامین ایمنی،درانتخاب روش طراحی باید مورد توجه قرار گیرد.

1-1-مقدمه           4

1-2-مروری برمطالعات انجام شده درزمینه اندرکنش سدومخزن         5

1-3-روشهای مختلف بررسی اندرکش سدومخزن براساس مطالعات انجام شده       15

1-3-1-روش های عددی         15

1-3-1-1-روش المان محدود       15

1-3-1-2-روش المان مرزی       16

1-3-1-3-روش ترکیب المان محدود والمان مرزی         16

1-3-1-4-روش المان مرزی رفت وبرگشتی         16

1-3-1-5-روش ترکیب المان محدود والمان مرزی رفت وبرگشتی       16

1-3-1-6-روش المان نامحدود(نیمه بی نهایت)               18

1-3-2-روش های تحلیلی         18

1-3-2-1-روش المان محدود بافرمولاسیون لاگرانژ-لاگرانژ               18

1-3-2-2-روش المان محدود بافرمولاسیون اویلر-اویلر           18

1-3-2-3-روش المان محدود بافرمولاسیون اویلر-لاگرانژ           18

1-3-3-روش های نیمه تحلیلی       19

1-4-نتایج بدست آمده ازمطالعات           19

1-5-نتیجه گیری                 22

سیستم سدبتنی وزنی ومخزن

سیستم سدبتنی وزنی ومخزن

فصل دوم:روش های محاسبه فشار هیدرولیک

2-1-مقدمه

تحریک زلزله ازطریق دومحیط به سازه سداعمال میشود،که یکی ازطریق فونداسیون سد ودیگری از طریق دریاچه سد است.بنابراین اثردریاچه برپاسخ سد درطول زلزله می بایست درآنالیز دینامیکی سد بتنی وارد شود.به علت ارتباط حرکت سد باحرکت دریاچه،این نیرو به صورت فشار هیدرودینامیک سازه سدرا تحت تاثیر قرار میدهد.

2-1-مقدمه         24

2-2-روش های مدلسازی تاثیرفشار هیدرودینامیک دریاچه برپاسخ سد به زلزله           24

2-2-1-روش زنگار         24

2-2-2-روش وسترگارد           26

2-2-3-روش جرم افزوده وسترگارد         29

2-2-4-روش چوپرا         29

2-2-5-اختلاف فرمول چوپرا وسترگارد         30

2-3-نتیجه گیری         31

2-3-1-روش زنگار       31

2-3-1-1-مزایای روش زنگار           31

2-3-1-2-معایب روش زنگار             32

2-3-2-روش وسترگارد             32

2-3-2-1-مزایای روش وسترگارد        32

2-3-2-2-معایب روش وسترگارد             32

2-3-3-روش جرم افزوده وسترگارد           32

2-3-3-1-مزایای روش جرم افزوده وسترگارد           32

2-3-3-2-معایب روش جرم افزوده وسترگارد             33

2-3-4-روش چوپرا         33

2-3-4-1-مزایای روش چوپرا            33

2-3-4-2-معایب روش چوپرا           33

شرایط مرزی درسدوزنی

شرایط مرزی درسدوزنی

4

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل سوم:بررسی اندرکنش دینامیکی سدومخزن

3-3-2-فشار هیدرودینامیکی

سد وزنی،هنگام وقوع زلزله وارد یک مرحله ارتعاش اجباری(Foce-vibration State) شده است واین ارتعاشات وجه بالادست سد را نسبت به حالت سکون(State At-rest Position) مرتعش ساخته است.این تغییرمکان نسبی سطح مشترک سدومخزن حالت کشش موجود درجرم سیال قبل از وقوع زلزله راازبین برده است ودرنهایت باعث ایجاد امواج فشاری شده است.این سیستم نوسانی ومواج،که درمحیط مخزن به صورت گذرا ایجاد شده است باعث ایجاد پدیده انعکاس انتشار امواج فشار درمرز جامد وسطح آزاد آب شده است.باتوجه به واکنش لرزه ای سازه،تنها انعکاس موج دروجه بالادست مورد نظراست.نتیجه انعکاس موج،ایجاد فشار هیدرودینامیک به علت تغییرشکل های الاستیک سدخواهد بود.فشار هیدرودینامیک ایجاد شده ازاین طریق فقط بالحاظ کردن خاصیت تراکم پذیری آب مخزن(معادله هلمهولتز) درآنالیز دینامیکی سدها لحاظ شده است ومعمولا به عوامل زیربستگی دارد:

-طول مخزن

-شکل سطح مقطع دره درمحور سد

-درجه تراکم پذیری بستر مخزن

-شیب بالادست سد

-جهت زمین لرزه نسبت به محورسد

-حرکت القائی افقی یاعمودی پی سد

-شکل ارتعاشات سیستم درگیر(couoled) سدومخزن

درحالت دیگر،هنگام وقوع زلزله ممکن است اینرسی القائی درجرم آب وجه بالادست آشکار شود.که فشار هیدرودینامیکی بوجود آمده ازتغیرمکان سد دربرابر جرم آب مخزن بوجود آمده است.بخشی ازاین فشار هیدرودینامیکی رامیتوان بافرضی غیرقابل تراکم بودن آب درتحلیل لحاظ کرد(روش جرم افزوده) وبطور کلی به عوامل زیربستگی دارد:

-عملکرد ترکیبی بین سدومخزن

-عمق مخزن دربالادست پنجه سد

-جهت زلزله القائی باتوجه به محور سد

-شیب بالادست سد

3-1-مقدمه ای بررفتار دینامیکی سیستم سدومخزن         35

3-2-قابلیت تراکم آب           37

3-3-بررسی اندرکنش دینامیکی سدومخزن           38

3-3-1-فرضیات اساسی         38

3-3-2-فشارهیدرودینامیکی           39

3-3-3-معادله دیفرانسیل حاکم بررفتار دریاچه           40

3-3-4-شرایط مرزی محیط سیال           42

3-3-4-1-مرزبین سدودریاچه         42

3-3-4-2-مرزبین دریاچه ودیواره اطراف وبستر آن           43

3-3-4-3-سطح آزاد دریاچه         44

3-3-4-4-مرز انتهای دور دریاچه         44

3-4-معادلات حاکم برسازه         45

3-5-معرفی مسئله اندرکنش سدومخزن نیمه بی نهایت           48

3-6-حل معادلات کوپله در اندرکنش سدومخزن           49

3-6-1-محاسبه ماتریس کوپله سدودریاچه         50

3-6-2-مدل المان محدود دریاچه         52

3-6-3-روش حل معادلات کوپله           54

3-6-4-معیارخطای تعادل انرژی           57

نحوه انتشار امواج بوجود آمده ازفشار هیدرودینامیک

نحوه انتشار امواج بوجود آمده ازفشار هیدرودینامیک

فصل چهارم:نتیجه گیری وپیشنهادات

4-2-پیشنهادات

1-بررسی عددی اندرکنش دینامیکی سدومخزن بااستفاده ازیک زبان برنامه نویسی مانندMATLAB و مقایسه نتایج آن باخروجی نرم افزار های ABAQUS و ANSYS.

2-بررسی عددی اندرکنش دینامیکی سدومخزن بااستفاده ازیک زبان برنامه نویسی مانندMATLAB و مقایسه ننتایج آن بااطلاعات بدست آمده ازیک مدل آزمایشگاهی

3-دراین تحقیق،پس صلب درنظر گرفته شده است.بررسی تاثیر اندرکنش سدومخزن برپاسخ دینامیک سیستم حائزاهمیت است.

4-بررسی سه بعدی اندرکنش دینامیکی سدهای بتنی وزنی ومخزن(برای نسبت طول به ارتفاع کمتراز سه)

5-درزلزله های شدید،مصالح سد رفتار غیرخطی ازخود نشان میدهند.محیط اطراف سیال نیز تحت تاثیر خلازائی قرار میگیرد.بررسی این موارد درحفظ سلامت سدها حائز اهمیت است.

4-1-نتیجه گیری           60

4-2-پیشنهادات           62

منابع لاتین         64

چکیده لاتین         70

فهرست شکل ها

3-1-سیستم سد بتنی وزنی ومخزن           35

3-2-نحوه انتشار امواج بوجود آمده ازفشار هیدرودینامیک         36

3-3-شرایط مرزی درسد بتنی وزنی         42

3-4-المان مرزی واقع درمرز اندرکنش سدودریاچه           50

1-3-1-2-روش المان مرزی

این روش یک روش عددی قدرتمند برای تحلیل مسائل الاستودینامیک است.پیشرفت های اخیر درروش المان مرزی،نشان داده اند که این روش دربسیاری از موارد،یک ابزار موثر وقدرتمند برای آنالیز است.ازآنجائیکه این روش ازابعاد مساله،یکی میکاهد وحل مساله یک قلمرو رابه سطح آن محدود میکند،گسسته سازی(DISCRETIZATION) به سادگی وسهولت انجام میپذیرد.لذا این موضوع یک تحرک بزرگ برای مطالعات جدید کاربرد روش المان مرزی درآنالیز پاسخ سیستم های سد-مخزن-فونداسیون،ایجاد کرده است.این روش درتحلیل اندرکنش خاک-سازه نیز نقش مهمی ایفا میکند چراکه امکان مدلسازی آسان خاک بدون مرز خارجی راممکن میسازد.مهمترین ویژگی این روش آ است که به جای گسسته سازی تمام حجم حوزه مورد مطالعه فقط کافی است که مرزهای آن گسسته شود.

برای حل یک مساله به کمک روش المان مرزی،معادله دیفرانسیل گسسته که بیانگر رفتار مجهولات درون قلمرو مورد نظر ونیز مرزهای آن است به یک معادله انتگرالی که تنها به مقادیر مرزی مربوط است،تبدیل میشود و سپس یک روش حل عددی برای حل معادله انتگرالی اخیر استخراج میشود.اگر مقادیر متغیرها در نقاط قلمرو ومورد نیاز باشند،پس ازیافتن اطلاعات مرزها(Boundary data) قابل حصول هستند.ازآنجاییکه تمام تقریبات عددی فقط درمرزها رخ میدهد،ازابعاد مساله یکی کاسته میشود ودرمقایسه باسایر روش های عددی،یک دستگاه معادلات کوچکتر بدست می آید که یکی از امتیازات روش المان مرزی است.درمساله اندرکنش دینامیکی سدومخزن،آنچه که برای طراح سد حائز اهمیت است،توزیع میان فشار درمرز مشترک سدومخزن است،وتوزیع این میدان درداخل مخزن سداهمیت خاصی ندارد.ازآنجائیکه روش المان مرزی تنها بامرزهای محیط مورد مطالعه سروکار دارد،استفاده ازاین روش به مقدار زیادی،ابعاد مساله را کاهش داده،حجم اطلاعات ورودی راکاسته وباعث افزایش سرعت ودقت حل مساله میشود.

آموزش جامع نرم افزار Ansys

به مهندس برتر رشته خود تبدیل شوید

تحلیل کشش ، تحلیل گرمایی ، تحلیل هارمونیکی ، Design Modeler ، آموزش مدلسازی

تحلیل مودال ، حالت گذرا ، Meshing ، تحلیل تغییر فرم شدید و …

کلیک کنید



  مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصاله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

250,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید

قیمت45000تومان

450,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید