بررسی رفتار نیلینگ‌ ها با استفاده از نرم ‌افزار آباکوس

بررسی رفتار نیلینگ‌ ها با استفاده از نرم ‌افزار آباکوس

چکیده

از روش میخ کوبی برای پایدارسازی موقت و دائمی گودهای حفاری­شده و دیوارها استفاده می شود. در بسیاری از موارد، هزینه اجرای میخ کوبی بسیار کمتر از سایر گزینه­های پایدارسازی گود است و این موضوع یکی از دلایل گسترش فناوری میخکوبی می باشد. از سوی دیگر به دلیل انعطاف پذیری بیشتر در قیاس با سایر سیستم های تسلیح و نیز محافظه کاری در روند طراحی های فعلی، عملکرد دیوارهای میخکوبی شده در گودبرداری های شهری بسیار مرسوم می باشد. از این رو بررسی و شناخت پارامترهای موثر طراحی و تاثیر هر یک از پارامترها بر رفتار این نوع سازه های ژئوتکنیکی حائز اهمیت می باشد.

در این تحقیق برای بررسی رفتار سیستم میخکوبی شده تحت تاثیر پارامترهای مختلفی همچون تغییر در ارتفاع گود، تغییر در پارامتر های محیطی خاک، تغییر در آرایش نیل ها و طول آن ها ، مورد بررسی قرار گرفت، نتایج این مطالعه نشان داد هر یک از پارامتر های ذکر شده ضمن تغییر مکان ها و نیروهای وارد سیستم را دستخوش تغییر می کند، با بررسی دقیق تاثیر هر یک از این پارامتر ها تاثیر بیشینه و کمینه تغییرات مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت دید کلی جهت طراحی در هریک از مقاصد این تحقیق ایجاد می گردد.

واژه‌های کلیدی: میخکوبی، نرم افزار آباکوس، مطالعه عددی المان محدود، رفتار دیوار میخکوبی شده

فهرست مطالب

فصل ۱: مقدمه ۱

۱-۱- کلیات ۲

۱-۲- بیان ﻣﺴﺄله مورد بررسی ۳

۱-۳- اهداف پژوهش ۴

۱-۴- روش و راهکار انجام تحقیق ۵

۱-۵- ساختار پایاننامه ۵

فصل ۲: مروری بر منابع ۷

۲-۱- مقدمه ۸

۲-۲- تاریخچه دیوارهای میخکوبی شده و کاربردهای آن ۸

۲-۳- مزایا و محدودیتهای سیستم میخکوبی خاک ۱۰

۲-۴- مقایسه دیوارهای میخکوبی شده با دیوارهای خاکمسلح و دیوارهای پیشتنیده ۱۲

۲-۴-۲- اجزای تشکیل دهنده یک دیوار میخ‌کوبی شده ۱۴

۲-۴-۳- مراحل اجرای دیوار میخ‌کوبی شده ۱۶

۲-۴-۴- تحلیل پایداری دیوارهای میخکوبی شده ۲۰

۲-۴-۵- انواع گسیختگی ۲۱

۲-۴-۶- طراحی ۲۴

۲-۴-۷- مطالعات عددی ۲۷

۲-۵- خلاصه و جمعبندی ۶۰

فصل ۳: روش تحقیق ۶۴

۳-۱- انتخاب نرم افزار ۶۵

۳-۱-۱- روش المان محدود: ۶۵

۳-۱-۲- معرفی نرم افزار آباکوس ۶۶

۳-۱-۳- نوع آنالیز دینامیکی ۶۷

۳-۱-۴- روش ضمنی ۶۸

۳-۱-۵- روش صریح ۶۸

۳-۲- صحت سنجی نرم افزار با استفاده از مدل دیواره تمام مقیاس پروژه کلوتر ۷۰

۳-۳- بررسی نتایج آنالیز ۷۳

۳-۳-۱- نتایج مقایسه با مدل مورکولمب (MC) 73

۳-۳-۲- نتایج مقایسه با مدل خاک سخت شونده (HS) 76

فصل ۴: نتایج و تفسیر آنها ۸۰

۴-۱- مقدمه ۸۱

۴-۲- اثر خصوصیات مکانیکی سیستم ۸۱

۴-۲-۱- اثر فواصل افقی و قائم میخها ۸۱

۴-۲-۲- اثر چیدمانهای مختلف برای طول میخها ۸۲

۴-۳- معرفی مدل عددی ۸۴

۴-۳-۱- نحوه مدلسازی ۸۴

۴-۴- بررسی نتایج ۹۱

۴-۴-۱- نتایج بدست آمده از نرمافزار Geoslope 91

۴-۴-۲- نتایج بدست آمده از نرمافزار آباکوس ۱۰۱

۴-۵- بررسی اثر زاویه قرارگیری نیل نسبت به افق ۱۰۴

۴-۶- بررسی اثر پارامترهای محیط خاکی ۱۰۷

۴-۷- بررسی اثر زاویه گودبرداری ۱۱۰

۴-۸- بررسی اثر افزایش عمق گودبرداری ۱۱۲

فصل ۵: جمع‌بندی و پیشنهادها ۱۱۵

۵-۱- مقدمه ۱۱۶

۵-۲- جمع بندی ۱۱۶

۵-۳- پیشنهاد ها ۱۱۸

مراجع ۱۲۰

پیوست‌ها ۱۲۴

فهرست شکل ها

شکل (۲-۱) کاربردهای معمول میخکوبی [۳] ۱۰

شکل (۲-۲) توزیع تنش در مسلحکنندههای دیوارهای خاکمسلح، میخکوبی شده و پیشتنیده [۲] ۱۳

شکل (۲-۳) تغییر شکلهای افقی ایجاد شده در دیوار خاک مسلح و میخکوبی شده [۲] ۱۴

شکل (۲-۴) مقطع عرضی یک دیوار میخ‌کوبی شده [۶] ۱۵

شکل (۲-۵) اجرای نوارهای زهکش ژئوکامپوزیت بر روی ترانشه میخکوبی شده ۱۶

شکل (۲-۶) مراحل اجرای یک دیوار میخکوبی شده [۶] ۱۷

شکل (۲-۷) پوشش موقت شاتکریتی و پوشش دائمی با اجرای پانلهای پیشساخته [۶] ۱۹

شکل (۲-۸) انواع گسیختگی خارجی در دیوارهای میخکوبی شده [۶] ۲۱

شکل (۲-۹) انواع گسیختگی داخلی در دیوارهای میخکوبی شده [۶] ۲۲

شکل (۲-۱۰) تغییر شکل دیوار میخکوبی شده [۶] ۲۶

شکل (۲-۱۱) مقطع عرضی دیوار میخکوبی شده مفروض [۱۱] ۲۷

شکل (۲-۱۲) مدل مشبندی شده در نرمافزار المان محدود CESAR-LCPC [11] 28

شکل (۲-۱۳) مقایسه تغییر شکل افقی بدست آمده با مقادیر اندازهگیری شده در پایان مرحله ۳ و در فاصله ۲ متری از پشت دیوار [۱۱] ۲۹

شکل (۲-۱۴) مشبندی و نمای قسمتی از دیوار [۱۰] ۳۰

شکل (۲-۱۵) توزیع تغییر مکان افقی [۱۰] ۳۱

شکل (۲-۱۶) نمای کلی و مشبندی دیوار میخکوبی شده در مراحل مختلف خاکبرداری: (۱): وضعیت اولیه؛ (۲): مرحله اول؛ (۳): مرحله دوم؛ (۴): مرحله سوم؛ (۵): مرحله چهارم؛ (۶): مرحله نهایی [۱۳] ۳۲

شکل (۲-۱۷) تغییر شکل افقی دیوار در مراحل مختلف گودبرداری (برای میخ با طول ۶ متر): جابجایی افقی ( ا متر عقبتر از سطح گود)؛ ۳۳

شکل (۲-۱۸) جابجایی افقی (۵/۱ متر عقبتر از سطح گود): (۱): در عمق خاکبرداری ۷/۳ متر؛ (۲): در عمق خاکبرداری ۵/۵ متر؛ (۳): در عمق خاکبرداری ۳/۷ متر؛ (۴): در عمق خاکبرداری ۲/۹ متر. ۳۵

شکل (۲-۱۹) مقطع شماتیک شیروانی میخکوبی شده [۱۲] ۳۶

شکل (۲-۲۰) (۱): مش شیروانی اولیه ، (۲): مش شیروانی میخکوبی شده [۱۲] ۳۷

شکل (۲-۲۱) مقایسه تغییر مکان اندازهگیری شده و محاسبه شده [۱۲] ۳۷

شکل (۲-۲۲) تغییر شکل محاسبه شده دیوار برای خاک نسبتاً متراکم [۵] ۴۰

شکل (۲-۲۳) مقایسه تغییر مکان افقی در دو حالت محاسبه شده و اندازهگیری شده [۵] ۴۰

شکل (۲-۲۴) تغییرات تغییر شکل افقی خاک برای مراحل ۱ و ۲ [۹] ۴۲

شکل (۲-۲۵) تغییرات تغییر شکل افقی دیوار میخکوبی شده برای پوششهای مختلف (مرحله ۱ و c=10 kPa) [9] 43

شکل (۲-۲۶) جزئیات ترانشه قائم و دیوار حائل، قبل و بعد از میخکوبی [۸] ۴۴

شکل (۲-۲۷) مش المان محدود همراه با شرایط مرزی [۸] ۴۵

شکل (۲-۲۸) حالتهای مختلف در نظر گرفته شده [۸] ۴۷

شکل (۲-۲۹) تغییر مکان در طول ترانشه قائم تحت حالتهای مختلف [۸] ۴۷

شکل (۲-۳۰) تغییر مکان بوجود آمده در المان پوشش برای حالتهای ۳، ۴ و ۵ [۸] ۴۸

شکل (۲-۳۱) مقایسه تغییر شکلهای افقی دیوار با نتایج Hong و همکاران [۱] ۴۹

شکل (۲-۳۲) تغییر شکل افقی دیوار در اثر تغییرات طول میخها [۱] ۵۰

شکل (۲-۳۳) اثر تغییرات فاصله افقی و سطح موثر میخها بر تغییر شکل افقی [۱] ۵۱

شکل (۲-۳۴) تغییر شکل افقی در اثر تغییرات شیب قرارگیری میخها [۱] ۵۱

شکل (۲-۳۵) شکل شماتیک شیب میخکوبی شده مفروض [۴] ۵۳

شکل (۲-۳۶) مدل مشبندی شده با ˚۶۰=𝛽  و ˚۱۰=𝛼 [۴] ۵۴

شکل (۲-۳۷) مقایسه تغییر مکان جانبی محاسبه شده در خاکریز در فاصله ۲ متری از دیوار، با نتایج اندازهگیری شده [۴] ۵۵

شکل (۲-۳۸) شبیهسازی عددی دیوار ۱۰ متری میخکوبی شده [۷] ۵۷

شکل (۲-۳۹) تغییر مکان جانبی دیوار میخکوبی شده در مراحل مختلف گودبرداری [۷] ۵۸

شکل (۳-۱) مقطع عرضی دیوار میخکوبی شده پروژه کلوتر[۱] ۷۱

شکل (۳-۲) مقطع عرضی میخهای تزریق شده مورد استفاده در دیوار میخکوبی شده[۲] ۷۲

شکل (۳-۳) مدل دیواره کلوتر در نرم افزار ۷۳

شکل (۳-۴) مش تغییر شکل یافته ۷۳

شکل (۳-۵) مقایسه مقادیر تغییرمکان افقی حاصل از تحلیل با مقادیر اندازه گیری شده در فاصله ۲ متر از نما ۷۴

شکل (۳-۶) مقایسه مقادیر تغییرمکان افقی حاصل از تحلیل با مقادیر اندازه گیری شده  در فاصله ۴ متر از نما ۷۴

شکل (۳-۷) مقایسه مقادیر تغییرمکان افقی حاصل از تحلیل با مقادیر اندازه گیری شده  در فاصله ۸ متر از نما ۷۵

شکل (۳-۸) مقایسه مقادیر تغییر مکان حاصل از تحلیل با مدل‌های رفتاری HSو MC با مقادیر اندازه‌گیری شده در فاصله ۲ متری از نما در فاز سوم ۷۵

شکل (۳-۹) مقایسه مقادیر تغییر مکان حاصل از تحلیل با مدل‌های رفتاری HSو MC با مقادیر اندازه‌گیری شده در فاصله ۴ متری از نما در فاز سوم ۷۶

شکل (۳-۱۰) مقایسه مقادیر تغییر مکان حاصل از تحلیل با مدل‌های رفتاری HSو MC با مقادیر اندازه‌گیری شده در فاصله ۸ متری از نما در فاز سوم ۷۶

شکل (۳-۱۱) مقایسه مقادیر تغییر مکان حاصل از تحلیل با مدل‌های رفتاری HSو MC با مقادیر اندازه‌گیری شده در فاصله ۲ متری از نما در فاز پنجم ۷۷

شکل (۳-۱۲) مقایسه مقادیر تغییر مکان حاصل از تحلیل با مدل‌های رفتاری HSو MC با مقادیر اندازه‌گیری شده در فاصله ۴ متری از نما در فاز پنجم ۷۷

شکل (۳-۱۳) مقایسه مقادیر تغییر مکان حاصل از تحلیل با مدل‌های رفتاری HSو MC با مقادیر اندازه‌گیری شده در فاصله ۸ متری از نما در فاز پنجم ۷۸

شکل (۴-۱) چیدمان قرارگیری میخها در دیوار (الف): چیدمان مربعی، (ب): چیدمان شطرنجی [۱۰] ۸۱

شکل (۴-۲) چیدمانهای مختلف طول میخها [۱۰] ۸۲

شکل (۴-۳) شکل شماتیک دیوار میخکوبی شده مفروض با میخهای با طول یکسان همراه با سربار ۸۴

شکل (۴-۴) شکل شماتیک مقطع میخ ۸۵

شکل (۴-۵) گوه گسیختگی دیوار میخکوبی شده به ارتفاع ۱۴ متر و فواصل قرارگیری میخ ۲ متر و میخهای با طول مختلف (چیدمان c) 88

شکل (۴-۶) مش تغییر شکل یافته دیوار میخکوبی شده به ارتفاع ۱۴ متر و فواصل قرارگیری میخ ۲ متر و میخهای با طول یکنواخت (چیدمان a) 88

شکل (۴-۷) مش تغییر شکل یافته دیوار میخکوبی شده به ارتفاع ۱۴ متر و فواصل قرارگیری میخ ۲ متر و میخهای با طول مختلف (چیدمان b) 89

شکل (۴-۸) مش تغییر شکل یافته دیوار میخکوبی شده به ارتفاع ۱۴ متر و فواصل قرارگیری میخ ۲ متر و میخهای با طول مختلف (چیدمان c) 89

شکل (۴-۹) طول میخهای بدست آمده برای دیوار ۱۴ متری و چیدمان (a) 91

شکل (۴-۱۰) طول میخهای بدست آمده برای دیوار ۱۴ متری و چیدمان (b) 92

شکل (۴-۱۱) طول میخهای بدست آمده برای دیوار ۱۴ متری و چیدمان (c) 92

شکل (۴-۱۲) طول میخهای بدست آمده برای دیوار ۲۰ متری و چیدمان (a) 94

شکل (۴-۱۳) طول میخهای بدست آمده برای دیوار ۲۰ متری و چیدمان (b) 95

شکل (۴-۱۴) طول میخهای بدست آمده برای دیوار ۲۰ متری و چیدمان (c) 95

شکل (۴-۱۵) طول میخهای بدست آمده برای دیوار ۲۶ متری و چیدمان (a) 98

شکل (۴-۱۶) طول میخهای بدست آمده برای دیوار ۲۶ متری و چیدمان (b) 98

شکل (۴-۱۷) طول میخهای بدست آمده برای دیوار ۲۶ متری و چیدمان (c) 99

شکل (۴-۱۸) مقادیر δ/H برای چیدمان (a) 100

شکل (۴-۱۹) مقادیر δ/H برای چیدمان (b) 101

شکل (۴-۲۰) مقادیر δ/H برای چیدمان (c) 102

شکل (۴-۲۱) جابجایی افقی تاج دیواره میخکوبی شده و ضریب اطمینان برای زاویه نیل متغیر و سربار ۲۰ کیلوپاسکال ۱۰۳

شکل (۴-۲۲) جابجایی افقی تاج دیواره میخکوبی شده و ضریب اطمینان برای زاویه نیل متغیر و سربارهای متغیر ۱۰۴

شکل (۴-۲۳) جابجایی افقی در برابر مراحل گودبرداری در زوایای نیل متغیر و سربار ۲۰ کیلوپاسکال ۱۰۵

شکل (۴-۲۴) جابجایی افقی تاج دیواره میخکوبی شده و ضریب اطمینان در برابر تغییرات چسبندگی خاک ۱۰۶

شکل (۴-۲۵) جابجایی افقی تاج دیواره میخکوبی شده و ضریب اطمینان در برابر تغییرات مدول الاستیک خاک ۱۰۷

شکل (۴-۲۶) جابجایی افقی تاج دیواره میخکوبی شده و ضریب اطمینان در برابر تغییرات زاویه گودبرداری در سربار ۲۰ کیلوپاسکال و بدون سربار ۱۰۸

شکل (۴-۲۷) جابجایی افقی تاج دیواره میخکوبی شده در مراحل مختلف گودبرداری در سربار ۲۰ کیلوپاسکال ۱۰۹

شکل (۴-۲۸) جابجایی افقی تاج دیواره میخکوبی شده و ضریب اطمینان برای عمق گود متفاوت ۱۱۰

شکل (۴-۲۹) جابجایی افقی تاج دیواره میخکوبی شده و ضریب اطمینان در سربارهای متغیر ۱۱۱