مقدمه:
با توجه به پیشرفتهای زیادی که در سالهای اخیر در طراحی سدهای بتنی انجام شـده، در ایـن پایـاننامـهسعی بر آن است که این روشهای نوین را با روشهای سنتی که در سالهای قبـل انجـام مـیشـد مقایسـهکنیم. تفاوت عمده این نوع روشها در نوع اعمال نیروی دینامیکی بر سد میباشد که در روشهای 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: پدیدههای موتور در رفتار دینامیکی سدها

2-1. پدیدههای موثر در رفتار دینامیکی سد…………………………………………………………………………….8
2-2. اندرکنش دینامیکی سد و مخزن…………………………………………………………………………………….9
2-3. اندرکنش دینامیکی سد و فونداسیون……………………………………………………………………………..13
2-4. روشهای طراحی و آنالیز سنتی……………………………………………………………………………………14
2-4-1 رفتار لرزهای سد کوینا…………………………………………………………………………………………….15
2-4-2 محدودیتهای روش طراحی سنتی……………………………………………………………………………….15
2-5. طیف و رکورد زمینلرزه ورودی………………………………………………………………………………………..16
2-5-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………..16
2-5-2 طیف جواب طراحی برای سدهای بزرگ و سازههای مهم در ایران…………………………………………..17
2-5-3 طیف جواب طراحی برای نواحی ایران مرکزی و زاگرس……………………………………………………….18

فصل سوم: آنالیزهای انجام شده روی سد کوینا

3-1. مقدمه……………………………………………………………………………………………………………….19
3-2. مدل المان……………………………………………………………………………………………………………20
3-3. نتایج آنالیزهای مودال روی سد کوینا…………………………………………………………………………….21
3-4. نتایج آنالیزهای طیفی روی سد کوینا…………………………………………………………………………….22
3-5. نتایج آنالیزهای دینامیکی روی سد کوینا……………………………………………………………………….22
3-6 آنالیزهای 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- مشبندی………………………………………………………………………………………………………30
شکل 5 – تنشهای اصلی در جهت 1………………………………………………………………………………….31
شکل 6 – تنشهای اصلی در جهت 2…………………………………………………………………………………..32
شکل 7 – تنشهای 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 راستای X .ا………………………………………………………………………………………………………81

تنش در راستای Y …ا………………………………………………………………………………………………………96

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

فصل پنجم: نتیجهگیری و پیشنهادات

نتیجهگیری 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- مشبندی…………………………………………………………………………………………………………….30

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

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

شکل 7 – تنشهای 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
سدهای بتنی وزنی جزو سازههای مهمی هستند که بررسی پایداری و ایمنی آنها از لحـاظ فنـی – اقتصـادی وهمچنین پیامدهای جانبی ناشی از تخریب آنها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. در اکثـر مطالعـات دقـتخاصی به سدهای موجود زیادی که در اوایل یا اواسط قـرن اخیـر سـاخته شـده و مسـن محسـوب مـیشـود،معطوف میگردد. بررسی پایداری این سدها به طور متناوب در طول زمان در واقع یک ضرورت قطعی است.
قسمت مهمی از سدهای موجود در جهان را سدهای وزنی تشکیل میدهند. پدیدههای محیطی که بر جسم سد اثر میگذارند، از قبیل:
1- حضور ترک در سد
2- وجود درزهای ساختمانی
3- نفوذ آب و فشار نفوذی 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 برای بررسی پایداری سدها با وجود پدیـده -های مختلفی که بیان شد بسیار پیچیده میباشد. بارگذاری 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 سدهای بتنی تأثیر میگذارند. علیرغم اینکه شرکتهای مهندسی و همچنین کمیتههـای تحقیقـاتیتوجه زیادی به بررسی پایداری سدهای بتنی دارند، متأسفانه تجارب علمی بر روی مقاومت سازه سدهای بتنی وزنی تحت زمین لرزههای شدید بسیار محدود بوده و اطمینان زیادی نسبت به ایمنی سدهای بتنی بزرگ کـهدر محیطهایی با زلزلههای شدید قرار دارند وجود ندارد. لذا شبیه سازی عددی این گونه سدها اگر تنها راه حل نباشد یکی از بهترین راهها برای ارزیابی ایمنی سدهای بتنی تحت زمین لرزههای شدید است.
سدهای بتنی وزنی به دلیل مقاومت کششی پایین اغلب دارای ترکهایی میباشند. به طوریکه بررسی پایـداریاین نوع سازهها به بررسی رفتار بتن ترک خورده مرتبط میگردد.
ترکهای موجود در سد ناشی از عوامل متعددی بوده که از جمله مهمترین آنها میتوان تغییـر وضـعیت مصـالحنظیر انقباض، واکنش شیمیایی و حرارتـی و یـا علـت سـازهای ماننـد نشسـت پـی، روشـهای سـاخت، فشـارهیدروستاتیک و بارگذاری زلزله را نام برد. باید توجه کرد که ترکهای سطحی نمیتواند خطری بـرای پایـداریسدها ایجاد نماید اما ترکهایی که در عمق نفوذ کردهاند و در بعضی از موارد از بالادست تا پـایین دسـت ادامـهدارند و عموماً در اثر بارگذاری زلزله بوجود میآیند، از دیدگاه مهندسی اهمیت پیدا میکنند.
زیرا چنین ترکهایی ممکن است به طور قابل ملاحظهای مقاومت سازه را تغییر داده و پایداری آن را خدشـه دار نمایند. در طراحی سد این انتظار میرود که هیچگونه ترک سازهای مهمی تحت بارگذاری استاتیکی (وزن سـد÷ فشار هیدروستاتیک) ایجاد نشود. تحت بارگذاری زلزله پایه طراحی (DBE)∗ رفتار الاسـتیک خطـی بـرایبتن در نظر گرفته میشود. تحت اثر زلزلههای بیشینه محتمل (MCE)∗∗ طراحی نمیتواند تشکیل تـرک درسد را منتفی سازد. زیرا در چنین حالتی طرح غیراقتصادی و شاید غیر ممکن میگردد. لـذا منطقـی اسـت کـهتحت زلزلههای شدید صدماتی بر سد وارد گردد، اما سازه قادر به تحمل فشـار مخـزن پشـت سـد باشـد ایـنمسئله توسط کمیسیون بینالمللی سدهای بزرگ (ICOLD) نیز بازگو شده است.
در محاسبات سنتی برای طراحی سد، اثرات زلزله را معمولاً با تعریف یک ضریب زلزله اعمال مـی کردنـد . ایـنضریب درصدی 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 نیروهای هیدروستاتیک آب بر دیواره سد نیروی دیگری 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).
برای کشش مقاومت صفر منظور شده لذا آن قسمتی از سد که تحت کشش قرار میگرفت، عـاری از تـنش وبرای بقیه مقطع رابطه خطی توزیع تنش در نظر گرفته مـی شـد . در حـالی کـه فـرض عـدم کشـش در آنـالیزسدهای وزنی بتنی با ترکهای افقی همیشه در جهت اطمینان نمیباشد.

فصل دوم

2 – پدیدههای مؤثر در رفتار دینامیکی سد – تئوریها و مفروضات به کار رفته
2 -1 مقدمه:
یک مدل جامع برای آنالیز سدهای بتنی تحت اثر زمین لرزه بایستی دارای سه مؤلفه اصلی زیر باشد:
1- روش عددی مناسب و مؤثر برای آنالیز
2- مدلی برای احتساب اندرکنش دینامیکی سد، مخزن و پی
3- مدلی برای آنالیز شکست مصالح بکار رفته (در حالت غیرخطی)
روش اجزای محدود (FEM) از جمله روشهای قدرتمندی است که به میزان زیـادی جهـت آنـالیز الاسـتیکخطی و غیرخطی سازههای بتنی بکـار گرفتـه شـده اسـت. همچنـین روشـهای المانهـای مـرزی (BEM) و المانهای نامحدود و یا نیمه محدود نیز برای مدل کردن کامل مخزن و یا پی و یا سازه سد بکـار رفتـه اسـت. تلفیق روشهای فوق میتواند ابزار قدرتمندی برای مدل کردن تمام جوانب مسئله ارائه کند.
اثرات اندرکنش دینامیکی سد با مخزن و پی به صورت مجزا یا همزمان توسط افراد متعددی مورد تحلیل واقع شده که جزئیات مربوط به آنها در بخشهای بعدی توضیح خواهد شد.
یکی از مهمترین قسمتهای آنالیز غیرخطی سدهای وزنی تحت اثر زلزله، مدل آنالیز شکست یا به عبارت دیگر مدل رفتار مصالح بتن ترک خورده است. این مدل قادر میباشد بتن قبل از ترک، ضابطهای برای جوانهزنـی ورشد ترک رفتار منطقه صدمه دیده در بتن، رفتار بتن در حالت نرم شدگی کـرنش در کشـش و بـرش و رفتـاربتن بعد از ترک کامل را مدل نماید. روشهای تحلیلی چندی برای آنالیز گسـترش تـرک سـازههـای بتنـی بـااستفاده از روش اجزای محدود (در حالت دو بعدی) در بعضی مراجع پیشنهاد شده است.
اما با توجه به فقدان نتایج یکنواخت و عدم تطبیق با نتایج میدانی در سدهای بتنی ترک خورده تحت اثر زمین لرزه، انتخاب مناسب مدل رفتار بتن برای آنالیز شکست، کار بسیار سختی است. از آنجائیکه معمولاً هر یـک ازبلوکهای سدهای بتنی وزنی بدون کلید برشی بوده و به صورت ضعیفی به یکدیگر متصل هسـتند ایـن انتظـاروجود دارد که تحت اثر زمین لرزههای شدید هر یک از آنها به صورت مستقل ارتعاش نمایند. بنابراین انتخـابمدل گسترش شکست در فضای دو بعدی برای آنالیز زمین لرزه مناسب به نظر میرسد.
2 -2 اندرکنش دینامیکی سیستم سد – مخزن
مسئله اندرکنش سازه و سیال یکی از مواردی است که در بسیاری از شاخههای مهندسی اهمیـت زیـادی دارد. اندرکنش سد و مخزن در هنگام زمین لرزه از جمله این موارد است. برای آنالیز این مسئله تـا کنـون از هـر دوروش المانهای مرزی و المانهای محدود برای مدل کردن سازه و مخزن استفاده شده است.
برای تجسم مسئله سیستمی متشکل از یک سد بتنی طویل را که روی 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 نیروی 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 انرژی را با خود از محیط دور میکنند.
نیروهـای دینـامیکی مولـد حرکـت در سـد عبارتنـد از : نیـروی اینرسـی ناشـی از حرکـت زمـین و نیـرویهیدرودینامیک اعمال شده از طرف سیال به وجه بالادست سد. قابل توجه است که فشارهای 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 تنشهای داخلی سد در هنگام زلزله مـی گـرددو میزان این افزایش تابعی از نسبت فرکانس طبیعی سد به فرکانسهای طبیعی مخزن سد است. برای مخزنـیبا عمق معین هرچه سد انعطاف پذیرتر باشد اصطلاحاً معادلات سیستم درگیرتر خواهند بود و انـدرکنش دارایاهمیت بیشتری 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 فرکانسهای 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 پذیری سیال به پاسخ دینامیکی سیستم نیـز تـابعی از نسـبت فرکـانس طبیعـی مخـزن بـه سـد ومحتوای فرکانسی است. در سدهای کوتاه معمولاً فرکانس طبیعی مخزن بیشـتر از فرکانسـهای حامـل عمـدهانرژی زمین لرزه است و با دقت خوبی میتوان با صرفنظر کردن از تاثیر تراکم پذیری سیال، رفتـار دینـامیکیسیستم را به کمک روش جرم افزوده تحلیل کرد. ولـی در تحلیـل دینـامیکی سـدهای بلنـد، خاصـیت تـراکمپذیری سیال اهمیت پیدا میکند و در بارگذاری با فرکـانس بیشـتر از فرکـانس طبیعـی مخـزن، سـیال رفتـاردینامیکی خود را آشکار میکند.
روشهایی که برای حل این مسئله در آنالیزها مورد استفاده قرار گرفته است را میتـوان بـه سـه طبقـه اصـلیتقسیم کرد:
الف – روش جرم افزوده (وسترگارد)
‌ب – فرمولاسیون اویلری
‌ج – فرمولاسیون لاگرانژی
آنچه در کلیه این روشها اهمیت زیادی دارد مدل کردن شـرایط مـرزی سـیال مـیباشـد . در حالـت انـدرکنشمخزن و سد چهار نوع شرط مرزی درنظر گرفته میشود که باید به نحو مطلوبی مدل گردند:
• اندرکنش آب و سد
• جذب پارهای 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 برای بسیاری 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 محتوای فرکانسی زلزلههای 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 نامحدودی 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 بارگـذاری کمتـر از فرکـانس طبیعـیپایه مخزن است.
5- سیال محیطی همگن، ایزوتروپ، غیرلزج و غیرچرخشی با تراکمپذیری خطی درنظر گرفته میشود.
درجه اعتبار فرضیات فوق توسط محققین متعددی مورد بررسی قرار گرفته که به طور خلاصه به برخی از آنهـااشاره میشود:
مطالعات Bustamante نشان داد که در سدهای 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 لاگرانژی رفتار سیال بر حسب پارامتر تغییـر مکـان در نقـاط گرهـی المـان سـیالتعریف شده است. بنابراین به طور خودکار شرط سازگاری و تعادل در گروههای مرز مشترک سیال و سد ارضا میگردد. اما جهت مدل کردن حرکت نسبی سیال و سد در مرز اندرکنش بدون رد و بـدل کـردن نیـروی برشـی، چـارهای 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

250,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید

فایل word

قیمت35000تومان

350,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید