مقدمه:
با توجه به پیشرفتهاي زیادي که در سالهاي اخیر در طراحی سدهاي بتنی انجام شـده، در ایـن پایـاننامـهسعی بر آن است که این روشهاي نوین را با روشهاي سنتی که در سالهاي قبـل انجـام مـیشـد مقایسـهکنیم. تفاوت عمده این نوع روشها در نوع اعمال نیروي دینامیکی بر سد میباشد که در روشهاي سـنتی بـهصورت یک بار متمرکز اعمال میشد.

 

فهرست مطالب

چکیده………………………………………………………………………………………………………………………..1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………….2

فصل اول: کلیات

1-1. مقدمه………………………………………………………………………………………………………………….3
1-2. تعریف کلی موضوع تحقیق…………………………………………………………………………………………..6

فصل دوم: پدیدههاي موتور در رفتار دینامیکی سدها

2-1. پدیدههاي موثر در رفتار دینامیکی سد…………………………………………………………………………….8
2-2. اندرکنش دینامیکی سد و مخزن…………………………………………………………………………………….9
2-3. اندرکنش دینامیکی سد و فونداسیون……………………………………………………………………………..13
2-4. روشهاي طراحی و آنالیز سنتی……………………………………………………………………………………14
2-4-1 رفتار لرزهاي سد کوینا…………………………………………………………………………………………….15
2-4-2 محدودیتهاي روش طراحی سنتی……………………………………………………………………………….15
2-5. طیف و رکورد زمینلرزه ورودي………………………………………………………………………………………..16
2-5-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………..16
2-5-2 طیف جواب طراحی براي سدهاي بزرگ و سازههاي مهم در ایران…………………………………………..17
2-5-3 طیف جواب طراحی براي نواحی ایران مرکزي و زاگرس……………………………………………………….18

فصل سوم: آنالیزهاي انجام شده روي سد کوینا

3-1. مقدمه……………………………………………………………………………………………………………….19
3-2. مدل المان……………………………………………………………………………………………………………20
3-3. نتایج آنالیزهاي مودال روي سد کوینا…………………………………………………………………………….21
3-4. نتایج آنالیزهاي طیفی روي سد کوینا…………………………………………………………………………….22
3-5. نتایج آنالیزهاي دینامیکی روي سد کوینا……………………………………………………………………….22
3-6 آنالیزهاي مودال، طیفی و دینامیکی…………………………………………………………………………….25

فصل چهارم: خروجی و نتایج حاصل از آنالیز

شکل 1 – تغییر شکل کلی……………………………………………………………………………………………..27
شکل 2 – تغییر شکل در جهت X……ا………………………………………………………………………………..28
شکل 3- تغییر شکل در جهت Y ………ا……………………………………………………………………………..29
شکل 4- مشبندي………………………………………………………………………………………………………30
شکل 5 – تنشهاي اصلی در جهت 1………………………………………………………………………………….31
شکل 6 – تنشهاي اصلی در جهت 2…………………………………………………………………………………..32
شکل 7 – تنشهاي اصلی در جهت3……………………………………………………………………………………33
شکل 8 – برش در صفحه XY …ا……………………………………………………………………………………….34
شکل 9 – تنش در جهت X……..ا………………………………………………………………………………………35
شکل 10 – تنش در جهت Y ……ا…………………………………………………………………………………….36
نیروها……………………………………………………………………………………………………………………..37

تنش برشی در نقاط………………………………………………………………………………………………………38

تنش اصلی 1………………………………………………………………………………………………………………..53

تنش اصلی 2……………………………………………………………………………………………………………….67

تنش در راستاي X .ا………………………………………………………………………………………………………81

تنش در راستاي Y …ا………………………………………………………………………………………………………96

تغییر شکل در جهت X…….ا……………………………………………………………………………………………….111
تغییر شکل در جهت Y…….ا……………………………………………………………………………………………….119

فصل پنجم: نتیجهگیري و پیشنهادات

نتیجهگیري و پیشنهادات……………………………………………………………………………………………………127

فهرست منابع فارسی……………………………………………………………………………………………………….128

فهرست منابع انگلیسی……………………………………………………………………………………………………129

چکیده انگلیسی……………………………………………………………………………………………………………..130

فهرست شکلها
شکل 1 – تغییر شکل کلی…………………………………………………………………………………………………..27

شکل 2 – تغییر شکل در جهت X.ا………………………………………………………………………………………….28

شکل 3- تغییر شکل در جهت Y ….ا………………………………………………………………………………………..29

شکل 4- مشبندي…………………………………………………………………………………………………………….30

شکل 5 – تنشهاي اصلی در جهت 1……………………………………………………………………………………….31

شکل 6 – تنشهاي اصلی در جهت 2……………………………………………………………………………………….32

شکل 7 – تنشهاي اصلی در جهت3………………………………………………………………………………………..33

شکل 8 – برش در صفحه XY ..ا…………………………………………………………………………………………….34

شکل 9 – تنش در جهت X……..ا………………………………………………………………………………………….35

شکل 10 – تنش در جهت Y …..ا…………………………………………………………………………………………..36

فصل اول

1- 1 مقدمه
سدهاي بتنی وزنی جزو سازههاي مهمی هستند که بررسی پایداري و ایمنی آنها از لحـاظ فنـی – اقتصـادي وهمچنین پیامدهاي جانبی ناشی از تخریب آنها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. در اکثـر مطالعـات دقـتخاصی به سدهاي موجود زیادي که در اوایل یا اواسط قـرن اخیـر سـاخته شـده و مسـن محسـوب مـیشـود،معطوف میگردد. بررسی پایداري این سدها به طور متناوب در طول زمان در واقع یک ضرورت قطعی است.
قسمت مهمی از سدهاي موجود در جهان را سدهاي وزنی تشکیل میدهند. پدیدههاي محیطی که بر جسم سد اثر میگذارند، از قبیل:
1- حضور ترك در سد
2- وجود درزهاي ساختمانی
3- نفوذ آب و فشار نفوذي ترکها
4- لغزش در پی
5- اختلاف نشست در پی
6- کاویتاسیون
7- امواج ناشی از زلزله
و وجود رسوبات در کف مخزن میباشند. ساخت مدل آزمایشگاهی براي بررسی پایداري سدها با وجود پدیـده -هاي مختلفی که بیان شد بسیار پیچیده میباشد. بارگذاري جسم بتن در اثر حرارت هیدراسیون سـیمان، فشـارهیدروستاتیک، تحریک زلزله و اندرکنش دینامیکی مخزن و پی و شکست جسم بتن از جمله عـواملی هسـتندکه بر رفتار سدهاي بتنی تأثیر میگذارند. علیرغم اینکه شرکتهاي مهندسی و همچنین کمیتههـاي تحقیقـاتیتوجه زیادي به بررسی پایداري سدهاي بتنی دارند، متأسفانه تجارب علمی بر روي مقاومت سازه سدهاي بتنی وزنی تحت زمین لرزههاي شدید بسیار محدود بوده و اطمینان زیادي نسبت به ایمنی سدهاي بتنی بزرگ کـهدر محیطهایی با زلزلههاي شدید قرار دارند وجود ندارد. لذا شبیه سازي عددي این گونه سدها اگر تنها راه حل نباشد یکی از بهترین راهها براي ارزیابی ایمنی سدهاي بتنی تحت زمین لرزههاي شدید است.
سدهاي بتنی وزنی به دلیل مقاومت کششی پایین اغلب داراي ترکهایی میباشند. به طوریکه بررسی پایـدارياین نوع سازهها به بررسی رفتار بتن ترك خورده مرتبط میگردد.
ترکهاي موجود در سد ناشی از عوامل متعددي بوده که از جمله مهمترین آنها میتوان تغییـر وضـعیت مصـالحنظیر انقباض، واکنش شیمیایی و حرارتـی و یـا علـت سـازهاي ماننـد نشسـت پـی، روشـهاي سـاخت، فشـارهیدروستاتیک و بارگذاري زلزله را نام برد. باید توجه کرد که ترکهاي سطحی نمیتواند خطري بـراي پایـداريسدها ایجاد نماید اما ترکهایی که در عمق نفوذ کردهاند و در بعضی از موارد از بالادست تا پـایین دسـت ادامـهدارند و عموماً در اثر بارگذاري زلزله بوجود میآیند، از دیدگاه مهندسی اهمیت پیدا میکنند.
زیرا چنین ترکهایی ممکن است به طور قابل ملاحظهاي مقاومت سازه را تغییر داده و پایداري آن را خدشـه دار نمایند. در طراحی سد این انتظار میرود که هیچگونه ترك سازهاي مهمی تحت بارگذاري استاتیکی (وزن سـد÷ فشار هیدروستاتیک) ایجاد نشود. تحت بارگذاري زلزله پایه طراحی (DBE)∗ رفتار الاسـتیک خطـی بـرايبتن در نظر گرفته میشود. تحت اثر زلزلههاي بیشینه محتمل (MCE)∗∗ طراحی نمیتواند تشکیل تـرك درسد را منتفی سازد. زیرا در چنین حالتی طرح غیراقتصادي و شاید غیر ممکن میگردد. لـذا منطقـی اسـت کـهتحت زلزلههاي شدید صدماتی بر سد وارد گردد، اما سازه قادر به تحمل فشـار مخـزن پشـت سـد باشـد ایـنمسئله توسط کمیسیون بینالمللی سدهاي بزرگ (ICOLD) نیز بازگو شده است.
در محاسبات سنتی براي طراحی سد، اثرات زلزله را معمولاً با تعریف یک ضریب زلزله اعمال مـی کردنـد . ایـنضریب درصدي از وزن بین 0.05 تا 0.15 به طور یکنواخت در ارتفاع سد درنظر گرفتـه مـیشـد و کـلاً بـهصورت بار جانبی استاتیکی اضافه بر سد وارد میشد. به این نیرو هیدرودینامیک مخزن نیز اضافه میشد یعنـیعلاوه بر نیروهاي هیدروستاتیک آب بر دیواره سد نیروي دیگري مانند Pc = cαγωH در نظر گرفته مـی -شود که در آن α ضریب زلزله و c ضریب هیدرودینامیک که توسط فرمول وسترگارد که در بـالا صـفر و درپایین 0.7 است، در محاسبات منظور میشد ( H ارتفاع هیدرولیکی سد و γω وزن مخصوص آب میباشد).
براي کشش مقاومت صفر منظور شده لذا آن قسمتی از سد که تحت کشش قرار میگرفت، عـاري از تـنش وبراي بقیه مقطع رابطه خطی توزیع تنش در نظر گرفته مـی شـد . در حـالی کـه فـرض عـدم کشـش در آنـالیزسدهاي وزنی بتنی با ترکهاي افقی همیشه در جهت اطمینان نمیباشد.

فصل دوم

2 – پدیدههاي مؤثر در رفتار دینامیکی سد – تئوریها و مفروضات به کار رفته
2 -1 مقدمه:
یک مدل جامع براي آنالیز سدهاي بتنی تحت اثر زمین لرزه بایستی داراي سه مؤلفه اصلی زیر باشد:
1- روش عددي مناسب و مؤثر براي آنالیز
2- مدلی براي احتساب اندرکنش دینامیکی سد، مخزن و پی
3- مدلی براي آنالیز شکست مصالح بکار رفته (در حالت غیرخطی)
روش اجزاي محدود (FEM) از جمله روشهاي قدرتمندي است که به میزان زیـادي جهـت آنـالیز الاسـتیکخطی و غیرخطی سازههاي بتنی بکـار گرفتـه شـده اسـت. همچنـین روشـهاي المانهـاي مـرزي (BEM) و المانهاي نامحدود و یا نیمه محدود نیز براي مدل کردن کامل مخزن و یا پی و یا سازه سد بکـار رفتـه اسـت. تلفیق روشهاي فوق میتواند ابزار قدرتمندي براي مدل کردن تمام جوانب مسئله ارائه کند.
اثرات اندرکنش دینامیکی سد با مخزن و پی به صورت مجزا یا همزمان توسط افراد متعددي مورد تحلیل واقع شده که جزئیات مربوط به آنها در بخشهاي بعدي توضیح خواهد شد.
یکی از مهمترین قسمتهاي آنالیز غیرخطی سدهاي وزنی تحت اثر زلزله، مدل آنالیز شکست یا به عبارت دیگر مدل رفتار مصالح بتن ترك خورده است. این مدل قادر میباشد بتن قبل از ترك، ضابطهاي براي جوانهزنـی ورشد ترك رفتار منطقه صدمه دیده در بتن، رفتار بتن در حالت نرم شدگی کـرنش در کشـش و بـرش و رفتـاربتن بعد از ترك کامل را مدل نماید. روشهاي تحلیلی چندي براي آنالیز گسـترش تـرك سـازههـاي بتنـی بـااستفاده از روش اجزاي محدود (در حالت دو بعدي) در بعضی مراجع پیشنهاد شده است.
اما با توجه به فقدان نتایج یکنواخت و عدم تطبیق با نتایج میدانی در سدهاي بتنی ترك خورده تحت اثر زمین لرزه، انتخاب مناسب مدل رفتار بتن براي آنالیز شکست، کار بسیار سختی است. از آنجائیکه معمولاً هر یـک ازبلوکهاي سدهاي بتنی وزنی بدون کلید برشی بوده و به صورت ضعیفی به یکدیگر متصل هسـتند ایـن انتظـاروجود دارد که تحت اثر زمین لرزههاي شدید هر یک از آنها به صورت مستقل ارتعاش نمایند. بنابراین انتخـابمدل گسترش شکست در فضاي دو بعدي براي آنالیز زمین لرزه مناسب به نظر میرسد.
2 -2 اندرکنش دینامیکی سیستم سد – مخزن
مسئله اندرکنش سازه و سیال یکی از مواردي است که در بسیاري از شاخههاي مهندسی اهمیـت زیـادي دارد. اندرکنش سد و مخزن در هنگام زمین لرزه از جمله این موارد است. براي آنالیز این مسئله تـا کنـون از هـر دوروش المانهاي مرزي و المانهاي محدود براي مدل کردن سازه و مخزن استفاده شده است.
براي تجسم مسئله سیستمی متشکل از یک سد بتنی طویل را که روي پی صلبی واقع شده و مخزنـی کـه تـابی نهایت ادامه دارد. در هنگام وقوع زلزله، سد به نوسان واداشته شده در حالیکه حجم عظیم آب پشت سد بـهدلیل نیروي برشی ناچیز بین کف مخزن و محیط سیال، مستقیماً تحت تاثیر حرکت افقی زمین قرار نمیگیـردو تنها در اثر ارتعاشات سد و مخزن، فشار هیدرودینامیک ایجاد شده که به سمت بالا دست مخزن منتشر مـی -گردند و انرژي را با خود از محیط دور میکنند.
نیروهـاي دینـامیکی مولـد حرکـت در سـد عبارتنـد از : نیـروي اینرسـی ناشـی از حرکـت زمـین و نیـرويهیدرودینامیک اعمال شده از طرف سیال به وجه بالادست سد. قابل توجه است که فشارهاي هیـدرودینامیکیکه در سیال مجاور سد ایجاد میشود خود تابعی از حرکت سد مـی باشـند . بـه ایـن ترتیـب دسـتگاه معـادلاتدینامیکی حاکم به حرکت سد و فشار هیدرودینامیک در محیط سـیال، مسـتقل از یکـدیگر نبـوده و اصـطلاحاًکوپل میباشند و این بیانگر اندرکنش (Interaction) دینامیکی سد و مخزن است.
به طور کلی اندرکنش دینامیکی بین سد و مخزن موجب افزایش تنشهاي داخلی سد در هنگام زلزله مـی گـرددو میزان این افزایش تابعی از نسبت فرکانس طبیعی سد به فرکانسهاي طبیعی مخزن سد است. براي مخزنـیبا عمق معین هرچه سد انعطاف پذیرتر باشد اصطلاحاً معادلات سیستم درگیرتر خواهند بود و انـدرکنش داراياهمیت بیشتري است. برعکس هرچه سد صلبتر باشد، تأثیر اندرکنش بین سد و مخزن بـه پاسـخ دینـامیکیکمتر بوده و معادلات کمتر درگیر خواهند بود.
θr =ω1r /ω1s = πc/2h
2h/T1
T1 ,ω1r ,ω1s به ترتیب فرکانسهاي نوسانی سـد و مخـزن و پریـود طبیعـی سـد،c سـرعت امـواج فشـارهیدرودینامیک سیال و h ارتفاع مخزن میباشد. هرچـهθr بیشـتر باشـد سـد منعطـفتـر شـده و معـادلاتاندرکنش درگیرتر است.
تأثیر تراکم پذیري سیال به پاسخ دینامیکی سیستم نیـز تـابعی از نسـبت فرکـانس طبیعـی مخـزن بـه سـد ومحتواي فرکانسی است. در سدهاي کوتاه معمولاً فرکانس طبیعی مخزن بیشـتر از فرکانسـهاي حامـل عمـدهانرژي زمین لرزه است و با دقت خوبی میتوان با صرفنظر کردن از تاثیر تراکم پذیري سیال، رفتـار دینـامیکیسیستم را به کمک روش جرم افزوده تحلیل کرد. ولـی در تحلیـل دینـامیکی سـدهاي بلنـد، خاصـیت تـراکمپذیري سیال اهمیت پیدا میکند و در بارگذاري با فرکـانس بیشـتر از فرکـانس طبیعـی مخـزن، سـیال رفتـاردینامیکی خود را آشکار میکند.
روشهایی که براي حل این مسئله در آنالیزها مورد استفاده قرار گرفته است را میتـوان بـه سـه طبقـه اصـلیتقسیم کرد:
الف – روش جرم افزوده (وسترگارد)
‌ب – فرمولاسیون اویلري
‌ج – فرمولاسیون لاگرانژي
آنچه در کلیه این روشها اهمیت زیادي دارد مدل کردن شـرایط مـرزي سـیال مـیباشـد . در حالـت انـدرکنشمخزن و سد چهار نوع شرط مرزي درنظر گرفته میشود که باید به نحو مطلوبی مدل گردند:
• اندرکنش آب و سد
• جذب پارهاي در کف مخزن
• انتشار امواج در بالادست
• امواج سطحی در سطح مخزن باید به شکل مطلوبی مدل گردند.
الف – در روش تقریبی جرم افزوده که اولین بار توسط وسترگارد مطرح گردید، قسـمتی از جـرم سـیال در مـرزبین سیال و سازه به سازه اضافه و سازه با این جرم افزوده تحلیل میگردد. فرضیات اصلی ایـن روش بـر پایـهسیال تراکم ناپذیر و سازه انعطاف پذیر استوار میباشد و از تاثیرات سختی سیال صرفنظر میکند بدیهی اسـتاین روش براي بسیاري از حالات نمیتواند جواب دقیق دهد و تنها در حالتیکه سیال تراکم ناپـذیر باشـد و یـانسبت پریود طبیعی مخزن به پریود طبیعی زلزله کوچک باشد صادق است. تعیین محتواي فرکانسی زلزلههاي شدید و مقایسه آن با فرکانس طبیعی سیال با توجه به ارتفاع مخزن پشت سد نشان دهنده ایـن مطلـب اسـتکه این روش نمیتواند همیشه صادق باشد. علیرغم این موضوع جهت سادگی از این مدل در آنـالیز غیرخطـی
سد و مخزن نیز استفاده شده است.
فرضیات اساسی وسترگارد به شرح زیر است:
1- سد صلب و به طور نامحدودي طویل است و دیواره بالادست آن قائم میباشد.
2- کف مخزن افقی و صلب است و مخزن تا بی نهایت ادامه دارد.
3- از تأثیر امواج سطحی صرفنظر میشود.
4- سیستم تحت شتاب هارمونیک افقی زمین قرار دارد و فرکانس بارگـذاري کمتـر از فرکـانس طبیعـیپایه مخزن است.
5- سیال محیطی همگن، ایزوتروپ، غیرلزج و غیرچرخشی با تراکمپذیري خطی درنظر گرفته میشود.
درجه اعتبار فرضیات فوق توسط محققین متعددي مورد بررسی قرار گرفته که به طور خلاصه به برخی از آنهـااشاره میشود:
مطالعات Bustamante نشان داد که در سدهاي متعارف که نسبت طول به عمق مخزن آنها بـیش از سـهاست، فرض نامحدود بودن طول مخزن خطایی کمتر از پنج درصد نسبت به حالتی که مخزن با طـول واقعـیخود تحلیل شود در پی خواهد داشت. ب – در روش فرمولاسیون لاگرانژي رفتار سیال بر حسب پارامتر تغییـر مکـان در نقـاط گرهـی المـان سـیالتعریف شده است. بنابراین به طور خودکار شرط سازگاري و تعادل در گروههاي مرز مشترك سیال و سد ارضا میگردد. اما جهت مدل کردن حرکت نسبی سیال و سد در مرز اندرکنش بدون رد و بـدل کـردن نیـروي برشـی، چـارهاي بایـداندیشید و المان خاصی را معرفی کرد.


مقطع کارشناسی ارشد

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


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

فایل word

قیمت35000تومان