آنالیز و تجزیه و تحلیل از اندرکنش خاک و شمع 16 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 16

آنالیز و تجزیه و تحلیل از اندرکنش خاک و شمع

نوشته توسط Yasser A. Khodair & Sophia hassiotis

معاون تحقیقاتی، بخش حقوقی، مهندسی اقیانوس و محیط، موسسه تکنولوژی Stevens، N.J. Hoboken

دانشیار، بخش حقوقی (مدنی)، مهندسی اقیانوس و محیط، موسسه تکولوژی Stevens، N.J. Hoboken

چکیده

یک مدل سه بعدی و محدود غیرخطی (FE) برای مطالعه فشار روی شمع اثر متقابل شمع و خاک در جاده Scotch و یک پل انتهایی یکپارچه که در منطقه Trenton در New Jersey مدل‌سازی شد. مدل FE به ترتیب برای شمع و خاک و شامل عناصر زنجیره‌ای خاک همراه با مواد دارای خاصیت غیرخطی می‌باشد. بررسی اثر متقابل خاک زیربنا در آنالیز و طرح پل انتهایی یکپارچه همواره با مشکلاتی مواجه بوده است. هدف این مقاله، مطالعه مکانیزم اثر متقابل خاک و شمع و تاثیرات انقباضات و انبساطات حرارتی روی دگردیسی جانبی مستقیم خاک و شمع (استوانه‌ای فولادی آبکاری شده و پرشده با ماسه) می‌باشد. در زیرساختار پل به طور کامل از ابزارهای فشاری استفاده شد. جابجایی‌های القا شده توسط تغییرات دمایی، برای شمع‌ها مورد استفاده قرار گرفت و نتایج EF، با استفاده از داده‌های آزمایشی و راه‌حل‌های تفاضلی محدود، مورد مقایسه قرار گرفت. مدل EF نتایج موثقی را فراهم آورد.

مقدمه

در این مقاله یک مدل سه بعدی و محدود غیرخطی (FE)، از جاده Scotch و پل انتهایی یکپارچه واقع در منطقه Trenton در New Jersey ارائه شده است. پل در طی ساخت ابزارسازی شد و اطلاعات آزمایشی به منظور بررسی مدل FE مورد استفاده قرار گرفت. در اینجا مدل و نمونه به منظور مطالعه ساختار و نمونه مورد استفاده قرار گرفت و این مدل شامل پایه انتهایی می‌باشد که توسط یک تک ردیف از شمع‌ها نگهداشته شده است.

رفتار شمع‌ها به طور گسترده با استفاده از هر دو تست‌های آزمایشگاهی و مطالعات نظری مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. یک بررسی جامع از چنین تحقیقاتی را می‌توانیم در تحقیقات Stewart و همکاران (1994) پیدا کنیم. هر دوی روش‌های مبانی محدود منفرد، سیستم معمولاً به عنوان یک فونداسیون Winkler مورد آنالیز قرار می‌گیرد که در آن خاک همانند فنرهای قابل ارتجاع (Broms et al. 1987) یا یک سری فنرهای غیرخطی (Byrne et al, 1984; Rajashree et al. 2001) نشان داده می‌شود.

مدل EF شامل 3 پیکربندی مختف شمع می‌باشد:

شمع‌‌های منفرد با مقاطع دایره‌وار در یک لایه گسترده و بزرگ از شن و ماسه؛

شمع‌های HP در یک لایه گسترده و بزرگ از شن و ماسه؛

شمع‌های HP محاط شده در یک لایه از شن و ماسه محصور درون استوانه‌های فولادی آبکار شده چین‌دار 6/0 متری.

نتایج مدل FE همچنین با نتایج بدست آمده از کد تفاضلی محدود 4/0 L. pile مقایسه می‌شود (Reese et al. 2000).

مدل مبانی محدود

اثر متقابل شمع‌های غیرخطی با استفاده از نرم‌افزار محدود ABAGUS استاندارد، در مدل مبانی محدود و سه بعدی استفاده می‌شود (Habbit Karlson & Sorenson inc. 2002) زیرساختار جاده Scotch و پل انتهایی یکپارچه از استوانه‌های فولادی 152*360 Hp 19 تشکیل شده است که در دیواره‌های جناحی به منظور اطمینان از انتقال لحظه‌ای کامل محاط شده‌اند (شکل 1).

اولین شمعی که کار گذاشته می‌شود، درون حفره‌ها و سوراخ‌های پیش تعیین شده نصب شده و پس از آن تا 60% طول شمع معادل 62/7متر (25 فوت) کل طول شمع با شن و ماسه سفت شده. فاصله بین شمع و استوانه‌ها، به منظور آسان کردن حرکت شمع‌ها در زمان تمایل به بارهای جانبی انتقال یافته از روساختار، با شن و ماسه پر شد. شمع‌ها طوری قرار داده شده‌اند که به منظور افزایش انعطاف‌پذیری شمع‌ها، در اطراف تیرهای سست، خمیدگی رخ می‌دهد. سنگ‌های خرد شده سفت شده و فشرده شده به عنوان موادی در بین شمع‌ها و نزدیک به دیوارهای جناحی استفاده شد.

هر شمع با استفاده از 3000 مبانی و عناصر زنجیره‌ای 8 گره‌ای ساخته شد. شرایط و وضعیت مرزی در بالای شمع تضمین کننده انتقال شدید می‌باشد. حرکت اجزای صلب از طریق اتصال گره‌ها به یک سطح سفت و محکم انجام شد و این به منظور اطمینان از شیب صفر موجود در بالای شمع می‌باشد. در نتیجه آن تحکیم و تثبیت کامل شمع‌ها در دیوارهای جناحی اتفاق می‌افتد. عکس‌العمل و واکنش غیرخطی خاک همچنین با استفاده از 7000 عنصر زنجیره‌ای جامد طراحی شد. شکل 5-3 یک منظره کلی از شبکه FE را نشان می‌دهد که برای 3 مدل درنظر گرفته شد.

اثر متقابل بین شن و ماسه و شمع

با تعیین عملکرد تمام نرمال و تانژانتی در مدل مبانی محدود، طراحی و ساخته شد.

در هر مدل، دو وضعیت و شرایط سرحدی اعمال شده که با همه درجات آزادی مربوط به گره‌ها در زیر عمق 17 فوتی از بالای شمع و از ستون‌های قرار داده شده در امتداد پیرامون استوانه شن و ماسه که نشان دهنده سنگ‌های خرد شده بکار رفته برای پر کردن آنها می‌باشد (شکل 3) انطباق دارد.

یک مورد در رابطه با بار که نگرانی اصلی در پل‌های جناحی همگن و یکپارچه می‌باشد، وجود دارد و شامل بارگیری مربوط به انبساط حرارتی می‌باشد. یک جابجایی ماکزیمم 0254/0 متری (1 اینچی) به نام وضعیت سرحدی و مرزی جابجایی در راس شمع‌ها بکار رفته است. برای یک شمع فولادی نمونه، فرض می‌شود که مواد شمع به طور کامل دارای خاصیت الاستیکی و ارتجاعی می‌باشد. خاک با مدل سخت شونده کششی بر اساس معیار گسیختگی موهر ـ کلمب که توسط معادله زیر تعریف می‌شود، ساخته و طراحی می‌شوند.

در این معادله و به ترتیب فشارهای اصلی کمتر و بیشتر می‌باشد و C انسجام موثر خاک و همان مقدار جریان و زاویه اصطکاک داخلی خاک است.

پارامترهای مدل

فرض شد که شن و ماسه اطراف شمع با زاویه اصطکاک داخی (30 تا 38) از حالت سست به حالت فشرده و سفت تغییر می‌کند. ضریب یانگ برای شن و ماسه در امتداد شمع، بین 27000 تا kN/m69000 تغییر کرد. فرض شد که ضریب قابلیت ارتجاعی شمع‌های فولادی 8 10×2 می‌باشد و یک فشار بازدهی و قابل انعطاف kN/m2750/344 استفاده شد.