الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 48000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۰۱
کد مقاله
CVL101
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
اثر اندرکنش خاک و سازه بر قابلیت اطمینان پل های بتنی مسلح
نام انگلیسی
Effect of soil–structure interaction on the reliability
of reinforced concrete bridges
تعداد صفحه به فارسی
۴۵
تعداد صفحه به انگلیسی
۱۲
کلمات کلیدی به فارسی
اندرکنش خاک – سازه, ویژگیهای عدم قطعیت خاک, تحلیل قابلیت اطمینان, پل بتن مسلح, رفتار غیر خطی
دپارتمان مهندسی راه و ساختمان، انستیتو ساختمان، هیدرولیک و معماری – علوم خاک، الجزایر
دانشگاه کلرمون، انستیتو پاسکال، فرانسه
مرجع به انگلیسی
Ain Shams Engineering Journal; Department of Civil Engineering, Institute of Civil Engineering, Hydraulics and Architecture, Hadj Lakhdar University, Algeria; Clermont Universite´, Universite´ Blaise Pascal, Institut Pascal, Clermont-Ferrand, France
کشور
فرانسه – الجزایر
اثر اندرکنش خاک و سازه بر قابلیت اطمینان پل های بتنی مسلح
چکیده
در طراحی پل های بتنی مسلح[۱] (RC)، رفتار تصادفی و غیر خطی خاک می تواند منجر به سطح اطمینان نا مناسب گردد. از این رو، در نظر گرفتن تغییرات خصوصیات خاک که می تواند به طور عمده بر روی رفتار پل از نظر حالت حدی خدمت پذیری[۲] و نهایی تاثیر بگذارند، حائز اهمیت می باشد. این تحقیق به بررسی احتمال شکست پل های بتنی مسلح موجود ناشی از اثرات اندرکنش بین خاک و سازه[۳] می پردازد. در این مقاله، یک روش مکانیکی- قابلیت اطمینان ترکیبی جهت مطالعه اثر اندرکنش خاک و سازه برای پل های RC معرفی می شود. مدل سازی اندرکنش در مدل مکانیکی پل های سراسری RC با در نظر گرفتن سختی الاستیک غیر خطی خاک انجام می شود. تحلیل قابلیت اطمینان نشان دهنده اهمیت اندرکنش خاک و سازه بوده و نشان می دهد که ایمنی سازه به شدت نسبت به تغییرات خصوصیات خاک مخصوصا با در نظر گرفتن رفتار غیر خطی[۴] خاک حساس می باشد.
کلمات کلیدی: اندرکنش خاک – سازه، ویژگیهای عدم قطعیت خاک، تحلیل قابلیت اطمینان، پل بتن مسلح، رفتار غیر خطی
اثر اندرکنش خاک و سازه بر قابلیت اطمینان پل های بتنی مسلح
۱- مقدمه
کارایی و قدرت زیر ساخت های بتنی مسلح دارای اهمیت زیادی برای انجام عملیات ایمن تحت شرایط واقعی می باشد. کاهش ظرفیت و تلفات مرتبط منجر به تقلیل دوره خدمت، شکست[۵] اعضا و حتی گسیختگی کل سازه می گردد. در واقع، کاهش ظرفیت می تواند بعنوان برآیند تغییرات در خصوصیات خاک باشد که خود موجب ایجاد لنگر خمشی بیشتر در سازه می گردد. به همین دلیل، لازم است تا تغییرات خصوصیات خاک را در تحلیل و طراحی سیستم خاک و سازه به منظور تضمین طراحی اقتصادی و قابل اطمینان در نظر گرفت. تحقیقات مختلف در مورد اثر اندرکنش خاک و سازه انجام شده که در آنها به نقش مهم چنین موردی در تحلیل سازه ها اشاره شده است. در میان مطالعات موردی گسترده ارائه شده، تحقیقات ذوالقدر جهرمی تاثیر قابل توجه اندرکنش خاک و سازه بر طراحی و اندازه سازه های مهندسی را نشان داده است. در این خصوص تحقیقات انجام شده توسط فنتون و گریفیت نشان دهنده اثر قابل توجه اندرکنش خاک و سازه و اهمیت کلی آن در برآورد پاسخ سیستم همبند (ترکیبی) می باشد. الاچاچای و همکاران اثر اندرکنش خاک و سازه بر شبکه لوله های مدفون را در نظر گرفته اند. اندرکنش خاک و سازه با در نظر گرفتن اثرات همگنی خاک توسط بریسی و همکاران ارائه شده است. نتایج نشان دهنده اثر تغییرات خاک بر نیرو های حاصل از سیستم های مکانیکی خطی می باشند. اخیرا جهانگیر و همکاران مدل تحلیلی را جهت بررسی اثرات جمع شدگی خاک های رسی بر ساختمان ها توسط تحلیل اندرکنش خاک و سازه ارائه کرده اند.
هدف از این تحقیق نشان دادن و تعیین کمی اهمیت شرایط عدم اطمینان پارامتر خاک بر باز توزیع نیرو های داخلی در سازه های RC و همچنین اثر آنها در ارزیابی ایمنی این سازه ها می باشد. در این تحقیق یک روش مکانیکی قابلیت اطمینان جهت مطالعه اثر اندرکنش خاک و سازه بیان می شود. مدل مکانیک- قابلیت اطمینان ترکیبی جهت ارزیابی احتمال شکست یک پل RC واقعی با در نظر گرفتن خصوصیات خاک غیر خطی و متغیر علاوه بر تغییرات مقاومت سازه و بار اعمالی هنگام در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه اعمال می شود. پیوند بین مدل مکانیکی و مدل قابلیت اطمینان با استفاده از روش قابلیت اطمینان مرتبه اول (FORM) که به طور گسترده توسط کتاب های مربوط به شرایط اطمینان مانند دیتلسون و همکاران ارائه شده است، بیان می شود این پیوند موجب برآوردی از احتمال شکست بر اساس شاخص قابلیت اطمینان می شود. با توجه به شالوده پل، فاصله بین پایه ها بزرگتر از طول اتصال می شود به طوری که موجب اعمال نمایش های متغیر می شود. تحلیل عددی موجب می شود تا بتوان به ارزیابی ایمنی پل RC با توجه به شرایط اطمینان پارامتر خاک پرداخت. علاوه براین، نتایج به دست آمده نشان می دهند که باید اثرات اندرکنش خاک و سازه و عدم اطمینان پارامتر های خاک را در ارزیابی قابلیت اطمینان سازه های RC در نظر گرفت. این تحلیل می تواند اثر قابل توجهی بر قوانین طراحی سازه های RC مخصوصا هنگام در نظر گرفتن شرایط عدم اطمینان خاک داشته باشد.
۲- پیشینه پژوهش عدم اطمینان رفتار خاک
۲-۱٫ منابع مختلف عدم اطمینان
تغییرات ژئوتکنیکی یک شاخصه پیچیده می باشد که منجر به منابع مختلف شرایط اطمینان می گردد. بر اساس تحقیق فون و کالهاوای، منابع اصلی عدم اطمینان ژئوتکنیکی تغییرات ذاتی، خطاهای اندازه گیری و عدم اطمینان های انتقال می باشد. نوع اول شرایط عدم اطمینان که مرتبط با پدیده فیزیکی می باشد شاخصه فعال و نوع دوم که مرتبط با اندازه گیری می باشد، غیر فعال نامیده می شود (فور). بنابراین می توان شاخصه های آماری خاک که از تحلیل های تغییرات کلی به دست می آیند را به مجموعه ای از شرایط (شرایط محلی، تکنیک اندازه گیری، مدل های ارتباط) که در آن خصوصیات خاک طرح به دست می آیند، اعمال کرد (فون و همکاران).
۲-۲٫ تعیین کمی عدم اطمینان پارامتر های خاک
این بخش به بیان مقادیر ضریب تغییرات (COV) پارامتر های مقاومت برشی و خصوصیات الاستیک خاک پیشنهادی در مراجع می پردازد. ضریب تغییرات یک پارامتر نا معین خاک به صورت نسبت بین انحراف استاندارد و مقدار میانگین آن تعریف می شود. مطالعات آماری متعدد (فون و کالاهای، مگنان، هر، چربینی و همکاران و دناکان بر اساس تست های آزمایشگاهی و درجا بازه هایی را برای ضرائب تغییرات (COV) پارامتر های خاک پیشنهاد داده اند. در مورد چسبندگی زهکشی نشده ()، بازه ضریب تغییرات بین %۱۱ و %۵۵ به وسیله بیشتر مولفان پیشنهاد شده است. در مورد زاویه اصطکاک داخلی (φ، ضریب تغییرات پیشنهادی در مراجع بین %۷ و %۲۰ قرار گرفته است. ضریب تغییرات مدول یانگ (E) بین %۲ و %۵۰ برآورد شده است (نور و همکاران و بیچر و کریستین). با توجه به ضریب تغییرات نسبت پواسون (ν)، اطلاعات کافی در مورد بازه تغییرات آن وجود ندارد به طوری که برخی از مولفین بیان کرده اند که نمی توان از تغییرات این پارامتر در نشست خاک الاستیک صرف نظر کرد، هر چند که محققین دیگر بازه تغییرات بسیار محدودی را پیشنهاد کرده اند (یوسف عبدل مسیح).
۲-۳٫ مدل سازی شرایط عدم اطمینان خاک
بایستی عدم اطمینان های پارامتر های خاک بیان شده در بخش های مختلف را در تحلیل احتمالاتی ژئوتکنیکی با روش های احتمالاتی ساده و پیشرفته در نظر گرفت. در این روش های احتمالاتی ساده، پارامتر های نا معین خاک به صورت متغیر های تصادفی مشخص شده به وسیله توابع چگالی احتمالاتی آنها (PDF ها) یا توابع آماری آنها (میانگین مقدار و انحراف استاندارد). تغییرات یک پارامتر نا معلوم به وسیله ضریب تغییرات (COV) این پارامتر اندازه گیری می شود. در روش های پیشرفته جهت مدل سازی پارامترهای نا معلوم خاک، تغییرات مکانی یک پارامتر نا معلوم خاک با در نظر گرفتن پارامتر نا معلوم به صورت تصادفی در نظر گرفته می شود. به منظور تعیین دقیق تغییرات فضایی خاک، تعداد زیادی از مشاهدات درجا مورد نیاز می باشند. می توان پیشرفت مدل سازی در شرایط عدم اطمینان در سازه های ژئوتکنیکی را در تحقیق یوسف عبدل مسیح مشاهده کرد.
اثر اندرکنش خاک و سازه بر قابلیت اطمینان پل های بتنی مسلح
۳- مدل احتمالاتی رفتار خاک
۳-۱٫ مدل رفتار غیر خطی
پیش از در نظر گرفتن اثرات اندرکنش، بایستی مدل رفتار خاک معرفی شده در تحلیل مکانیکی سیستم خاک و سازه را در نظر گرفت. در این بخش، رفتار غیر خطی خاک های طبیعی در مدل المان محدود شالوده های پل RC با استفاده از یک برنامه مخصوص در نرم افزار متلب به منظور محاسبه تغییر مکان ها و لنگر های خمشی در سازه تعریف و معرفی می شود.
این برنامه در این تحقیق به منظور در نظر گرفتن مدل هایپربولیک ارائه شده در تحقیق کندنر پیشنهاد شده است. قانون ساختاری خاک بر مبنای تقریب منحنی تنش-کرنش به دست آمده در تست های فشاری سه محوری زهکشی شده می باشد. رابطه هایپربولیک پیشنهادی توسط کندنر به صورت زیر نوشته می شود (شکل ۱):
۳-۲٫ شاخصه تصادفی در قانون ساختاری خاک
قانون ساختاری به وسیله پارامتر های تجربی که در آزمایشگاه و تست های درجا تعیین می شوند، حکم فرما می گردد. در مورد خاک ماسه ای، تحلیل مقدماتی نشان داده است که مدول الاستیسیته مماسی در قانون دانکن اساسا به زاویه اصطکاک و تنش محبوس حساس می باشد. علاوه براین، نمی توان پارامتر های مدل را به صورت ثابت مستقل از خصوصیات خاک مخصوصا زاویه اصطکاک در خاک های ماسه ای در نظر گرفت. شکل ۲ نشان دهنده تعدادی از نمونه های منحنی های تنش- کرنش با زاویه اصطکاک و تنش محبوس با ضرائب متغیر %۱۲ و %۱۵ می باشد. با توجه به این منحنی ها واضح است که نشست و ظرفیت خاک دارای حساسیت زیادی به خصوصیات خاک می باشند. در مورد یک سطح مشخص از تنش انحرافی، توزیع نشست از حساسیست بیشتر مخصوصا برای مقادیر بارگذاری زیاد برخوردار می باشد (بیشتر از ۲۰۰ kpa در شکل ۲).
۳-۳٫ قانون ساختاری احتمالاتی خاک در جا
با توجه به این که تحلیل های انجام شده در بخش قبل مرتبط با تحقیقات آزمایشگاهی انجام شده برای نمونه های خاک می باشد، هدف ما استفاده از این شاخصه های متغیر برای خاک درجای در نظر گرفته شده برای کاربرد های اجرایی می باشد. معادله (۷) نشان دهنده رابطه خطی بین COV های زاویه اصطکاک و تنش انحرافی نهایی می باشد. علاوه براین، دو متغیر دارای همبستگی کامل بوده و بنابراین ارائه مفاهیم تنش انحرافی نهایی به صورت تابعی از زاویه اصطکاک داخلی ضروری می باشد. در زیر، استفاده از این شرایط در تحلیل قابلیت اطمینان بررسی خواهد شد.
۳-۴٫ مدل قطعیتی
مدل قطعیتی ارائه شده در این تحقیق جهت محاسبه حداکثر لنگر خمشی سازه RC مورد استفاده قرار گرفته است. برای این مدل، اندرکنش خاک و سازه با در نظر گرفتن رابطه هایپربولیک برای خاک زیر شالوده ها ی سازه به صورت زیر در نظر گرفته شده است:
۳-۵٫ پیاده سازی مدل
به منظور انجام برنامه های عددی مدل قطعیتی ارائه شده در بخش های فوق، یک برنامه المان محدود تحت متلب ارائه و با روش های تحلیل قابلیت اطمینان ترکیب شده است. سازه RC به وسیله المان های محدود تیر و رفتار خاک به وسیله المان های فنر غیر خطی زیر شالوده ها مدل سازی شده اند. حل مستقیم این دستگاه به دلیل غیر خطی بودن قانون رفتار خاک امکان پذیر نمی باشد. بنابراین معرفی روش های تکراری جهت تضمین تعادل بین نیرو های داخلی و نیرو های خارجی در انتهای هر مرحله از بارگذاری ضروری می باشد. به همین منظور، یک روش تکراری و نموی با استفاده از ماتریس سختی مماسی که برای سیستم در هر تکرار محاسبه می شود، ارائه شده است. روش شناخته شده نیوتون-رافسون این امکان را به ما می دهد تا معادلات تعادل را حل کرده و در نتیجه منحنی بار- تغییر مکان را تحت حالت های مختلف بار تعیین کنیم.
اثر اندرکنش خاک و سازه بر قابلیت اطمینان پل های بتنی مسلح
۴- کاربرد در پل RC موجود
کاربرد اجرایی این تحقیق بر روی یک پل RC در اود مدیلا در ناحیه تبسا که دو شهر فرکین و ال میتا در شرق الجزایر را به هم متصل می کند، انجام می شود. طراحی و ساخت پل به وسیله شرکت SERO-EST با همکاری آزمایشگاه سازه های عمومی (LTPE) در شرق الجزایر برای تمامی شرایط بررسی خاک انجام می شود. این شرکت داده های خاک و پل را باری این تحقیق ارائه کرده است. پل در نظر گرفته شده دارای طول ۴۰۷ m و عرض ۹m مطابق شکل (۵a) می باشد. عرشه پل بر روی مجموعه ای از تکیه گاه هایی ساده با ارتفاع ثابت قرار گرفته که به دو پایه اصلی و بیست و شش پایه فرعی تقسیم شده است. دهانه های میانی دارای طول ۱۵٫۱۰m می باشند. عرض از یک دال RC با ضخامت t=25cm پوشیده شده بر روی چارچوب و تحمل شده به وسیله شش شاهتیر RC با فاصله ۱٫۵m بین مراکز مقاطع عرضی تشکیل شده است (شکل ۵b). در امتداد طول آن، پل از یک سری شاهتیر های سه دهانه جدا شده به وسیله درز های انبساط تشکیل شده است.
اثر اندرکنش خاک و سازه بر قابلیت اطمینان پل های بتنی مسلح
۵- ارزیابی قابلیت اطمینان اندرکنش خاک و سازه
۵-۱٫ تابع حالت حدی
قابلیت اطمینان بر اساس هر مود شکست ارائه شده توسط یک تابع حالت حدی مورد ارزیابی قرار می گیرد؛ بایستی تحلیل قابلیت اطمینان جهت تضمین طراحی ایمن سازه های بتنی مسلح انجام شود (نوس و همکاران). در این تحلیل، متغیر های تصادفی ورودی به وسیله توزیع احتمالاتی خود بیان می شوند. مود شکست در نظر گرفته شده در این تحلیل مطابق با حالت حدی نهایی عرشه پل می باشد که به وسیله ظرفیت خمشی شاهتیر های RC بیان می شود. این تابع حالت حدی G(X) به صورت زیر نوشته می شود:
۵-۲٫ تحلیل قابلیت اطمینان
متغیر های تصادفی در نظر گرفته شده در این تحقیق در جدول ۲ ارائه شده اند که مقادیر متوسط بارگذاری برای حالت حدی نهایی (ULS) ارائه شده اند. تمامی متغیر های تصادفی با توزیع لوگ نرمال در نظر گرفته شده اند که فرض رایج پذیرفته شده در مراجع می باشد. ضرائب تغییرات از مراجع (هالیکی و همکاران) و یا از مباحث اجرایی در سازه های مهندسی عمران استخراج می شوند. ضریب تغییرات (COV) به میزان %۸ برای لنگر مقاوم خمشی مقاطع عرضی RC مطابق با معلوم بودن توزیع میلگرد فولادی در نظر گرفته می شود و COV زاویه اصطکاک بین %۵ و %۱۵ مطابق آنچه که در مراجع ارائه شده است، در نظر گرفته می شود (فون و همکاران).
۵-۲-۱٫ اثرات تغییرات خاک
به منظور ارزیابی مناسب اثر خاک بر ایمنی سازه، دو متغیر تصادفی در این تحلیل شاخص اطمینان در نظر گرفته شده اند: زاویه اصطکاک (φ) با مقادیر مختلف COV و لنگر مقاومت با COV مساوی %۸٫
۵-۲-۲٫ ارزیابی قابلیت اطمینان پل
به منظور ارائه ارزیابی جامع از سطح قابلیت اطمینان، بایستی تمامی متغیر های تصادفی اصلی را در تحلیل در نظر گرفت.
۶- نتیجه گیری
هدف اصلی این تحقیق ارزیابی اثر شرایط عدم اطمینان پارامتر خاک بر قابلیت اطمینان های RC با در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه می باشد. جهت دستیابی به این هدف، یک مدل عددی برای تیر پیوسته بر روی شالوده های الاستیک غیر خطی در نظر گرفته شده است. احتمالات شکست سه مقطع عرضی بحرانی به وسیله FORM با در نظر گرفتن ظرفیت خمشی[۱]، زاویه اصطکاک داخلی[۲] خاک و بارگذاری به صورت تصادفی محاسبه شده اند. نتایج به دست آماده نشان می دهند که تغییرات خاک نقش مهمی را در رفتار خاک و سازه در پل های RC ایفا می کند. در نهایت تحقیق پارامتریک نشان می دهد که اثر قابل توجه اندرکنش خاک و سازه بر قابلیت اطمینان پل مخصوصا هنگامی در نظر گرفتن شرایط خطی خاک منظور شده است.
همچنین نشان داده شده است که استفاده از فرضیه تکیه گاه صلب که در عمل بسیار رایج می باشد، منجر به برآورد دست بالای قابل توجه قابلیت اطمینان پل که اصول ایمنی و کارایی را در بر نمی گیرد، می شود. بنابراین مدل سازی رفتار خاک به صورت مناسب شامل شرایط غیر خطی و عدم اطمینان ها توصیه می شود. تحقیقات دیگر جهت در نظر گرفتن اثر تغییر شکل[۳] های بلند مدت خاک و همچنین رفتار غیر خطی پل های RC در حال انجام می باشند.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
