1-1-­ کلیات

 

تاریخ آبرسانی از روزگاری آغاز می‌گردد كه بشر زندگی گروهی را برگزید. لذا برای تأمین نیاز خود از آب، اولین شهرها را در كنار رودخانه‌هایی مانند نیل، دجله، فرات، سند ساخت. با رشد جمعیت و سكنی گزیدن در مكانهایی دور از رودخانه و همچنین نیاز به آب برای مقاصد كشاورزی، شرب و استفاده در صنعت و …، انسان به فكر جابجا كردن و انتقال آب افتاد. در كنار مسألة انتقال آب، همواره مشكل رسوبات وارده به كانال­ها و سیستم­های انتقال نیز وجود داشته است، زیرا سرعت جریان در محدوده­ی این سازه‌ها در مقایسه با رودخانه­ی اصلی كاهش می‌یابد و به منطقه­ی بسیار مناسبی برای ته‌نشینی رسوبات تبدیل می‌شود. با گذشت زمان كم‌كم دهانة آبگیر از رسوبات پر شده و باعث بروز مشكلات بهره‌برداری از این تأسیسات خواهد شد.

 

 در این راستا اولین ایده‌ای كه به ذهن می‌رسد استفاده از سیستم لایروبی و تخلیة رسوبات از سیستم خواهد بود كه هزینه‌های بالایی را در بر خواهد داشت و بهمین دلیل بهتر است رسوبات ورودی به آبگیر حداقل شود تا مشكلات و تبعات حاصل از آن نیز كاهش یابد. از این رو بشر از زمانهای قدیم و همزمان با استفاده از آب رودخانه، به دنبال راههای تقلیل ورود رسوبات به سیستم و نیز افزایش راندمان آبگیری بوده است. استفاده از سازه‌های انحراف و دفع رسوب، طراحی شكل آبگیر و جانمایی آن در قوس خارجی خم، نمونة بارزی از اینگونه اقدامات بشمار می‌آیند. آبگیری از قوس خارجی رودخانه‌ها بدلیل كاهش ورود رسوبات به آبگیر همواره مورد توجه محققین قرار داشته است. عدم کنترل رسوب ورودی به آبگیرها در مسیرهای مستقیم و قوسی باعث انتقال رسوبات به داخل کانال­های آبیاری و تاسیسات شده و مشکلاتی را برای قسمت­های مختلف بوجود می­آورد. ذرات معلق در آب در صورتی که سرعت زیادی داشته باشند، خسارات زیای را به تاسیسات بکار رفته مثل پمپ و توربین وارد می­کنند. نمونه­ای از این مشکلات را   می­توان در دهانه آبگیر واقع در رودخانه Ohio در شکل 1-1 مشاهده کرد که با تجمع رسوبات در   دهانه­ی آبگیر عرض دهانه کاهش یافته و منجر به کاهش دبی آبگیری می­شود.

 

به طور کلی قوس خارجی رودخانه محل مناسبی برای آبگیری انتخاب می­شود.  علت این امر، نقش جریان حلزونی در کنترل رسوب ورودی به آبگیر می­باشد که در ادامه مکانیسم تشکیل جریان حلزونی توضیح داده می­شود. در مطالعه روی آبگیری از قوس رودخانه­ها سه پارامتر موقعیت آبگیری، زاویه آبگیر نسبت به جهت جریان و نسبت دبی آبگیری از جمله پارامترهای مهم در کاهش رسوب ورودی به آبگیر حائز اهمیت است. برای بهره­برداری کامل از مزیت خم، موقعیت آبگیر باید در مقطعی که جریان حلزونی به توسعه یافتگی کامل می­رسد قرار گیرد. انتخاب زاویه مناسب آبگیر باعث می­گردد که جریان با کمترین اغتشاش و بدون پدیده جدائی وارد آبگیر شود. همچنین هر چه سرعت ورودی و به عبارت دیگر نسبت انحراف بیشتر شود، اغتشاشات ناشی از جریان باعث اتلاف بیشتر انرژی جریان ورودی و نیز انتقال رسوبات کف به آبگیر خواهد شد.

 

1-2-­ نحوه شکل­گیری الگوی جریان و فرسایش در قوس رودخانه­ها

 

جریان در مجاری هیدرولیکی دارای طبیعت سه بعدی بوده و علاوه بر جهت غالب، که همان جهت اصلی[1]نامیده می­شود، در جهات دیگر نیز وجود دارد. این جریان­ها که در داخل مقطع عرضی رخ می­دهند به جریان­های ثانویه موسوم هستند. در منابع مختلف، محققین از این نوع جریان، علاوه بر جریان ثانویه، با نام­هایی چون حرکت ثانویه، چرخش ثانویه، جریان عرضی، چرخش عرضی، جریان مقطعی و … نام برده­اند.  

 

    سیرای در سال 1976 تعریفی نسبتا کاربردی برای جریان ثانویه ارائه داده است ]1[: اگر در یک جریان سه بعدی، اندازه یک بردار تشکیل شده از تعادل دو مولفه از بردار سرعت محلی، در مقایسه با مولفه سوم کوچک باشد، بردار سرعت اخیر (بردار سوم)، جریان اصلی در کانال را تشکیل می­دهد و دو مولفه قبلی جریان­های ثانویه را تشکیل می­دهند.

 

پرانتل جریان ثانویه را برحسب نوع نیروهای بوجود آورنده آن به دو دسته کلی تقسیم می­کند ]2[:

 

• جریان ثانویه ناشی از آشفتگی

 

• جریان ثانویه ناشی از فشار

رزوفسکی ]3[ در سال 1957 توضیحی ریاضی برای نحوه شکل­گیری جریان ثانویه ناشی از فشار ارائه داده است. وی با درنظر گرفتن یک حجم کنترل در فاصله Z از بستر کانال که در امتداد مسیری به شعاع ثابت، حرکت می­کنند (شکل2-1)، نشان داد که با صرف نظرکردن از نیروی اصطکاک، با تعادل تمام نیروهای وارد بر حجم کنترل، رابطه زیر برای محاسبه شیب عرضی سطح آب به دست خواهد آمد:

 

 

شکل 1-2 طرحی از شیب عرضی سطح آب و جریان چرخشی شکل گرفته در بازه قوسی شکل کانال]3[

 

 

 

 

در اثر اندرکنش جریان ثانویه با پروفیل غیریكنواخت سرعت طولی، الگوی جریان خاصی به نام جریان حلزونی تشکیل می­شود که باعث 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

  تغییرات زیادی در الگوی جریان قوس نسبت به جریان در کانال مستقیم می­شود، همچنین سبب می‌گردد كه قوس خارجی فرسایش یافته و رسوبات به قوس داخلی منتقل شود و در نتیجه خط‌القعر رودخانه بطرف قوس خارجی متمایل شود. بنابراین منطقی به نظر می‌رسد كه آبگیری از ساحل خارجی خم رودخانه صورت پذیرد تا هم رسوبات كمتری به داخل دهانة آبگیر منحرف شود و هم به علت افزایش عمق آب در این قسمت بتوان آب را در ترازهای بالاتری كه رسوبات كمتری را با خود حمل می‌كنند، برداشت نمود. در شکل 1-4 این جریان نشان داده شده است.

 

­ عوامل موثر بر الگوی جریان در کانال قوسی

 

در یک کانال قوسی شکل، عوامل موثر بر الگوی جریان می­توانند به صورت پارامترهای زیر معرفی شوند ]3[:

 

• زاویه مرکزی قوس.

 

• نسبت شعاع انحنای مرکزی به عرض مقطع جریان.

 

• نسبت عرض مقطع جریان به عمق جریان.

 

• زبری بستر کانال و جداره­های آن.

 

• شرایط جریان ورودی در بالادست کانال.

جدول 1-1 تقسیم­بندی قوس­ها بر اساس نسبت شعاع انحنا به عرض مقطع کانال.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

نوع قوس	نسبت شعاع انحنای مرکزی به عرض مقطع جریان
تند	کوچکتر از 3
ملایم	بزرگ­تر از 3

1-4-­ الگوی جریان در آبگیری از مسیر مستقیم

 

شكل 1-5 الگوی جریان در یک انشعاب از مسیر مستقیم ]5[

 

در آبگیری از مسیر مستقیم با مقطع مستطیلی، مقدار عرض صفحه تقسیم جریان در کف بیشتر از از مقدار عرض صفحه تقسیم جریان جریان در سطح می­باشد. انحنادار بودن سطح تقسیم جریان باعث می­شود در جریان منحرف شده به سمت آبگیر یک عدم تعادل بین گرادیان فشار جانبی، نیروی گریز از مرکز و نیروی برشی ایجاد شده که باعث تشکیل یک جریان ثانویه در جهت عقربه­های ساعت می­شود. چنین جریانی در کنار دیواره کانال اصلی نیز شکل می­گیرد. با پیشروی به سوی پایین­دست به خاطر ویسکوزیته جریان قدرت این جریان ثانویه کاهش می­یابد. اندازه سطح تقسیم جریان در کانال اصلی میزان دبی انتقالی به کانال فرعی را تعیین می­کند. عرض جریان انحرافی یا صفحه تقسیم جریان در هر سطح جریان، فاصله دیواره کانال اصلی طرف آبگیر تا خطوط جریان منتهی به نقطه ایستائی نزدیک به گوشه پایین دست تقاطع آبگیر و کانال اصلی تعریف می­شود ]6[.

 

1-5-­ الگوی جریان در آبگیری از قوس

 

بارزترین تفاوت الگوی جریان در دهانه­ی آبگیر موقعیت خطوط تقسیم جریان در صفحات نزدیك بستر و سطح آب می­باشد. براساس نتایج آزمایشگاهی منتصری و همکاران ]7[ برخلاف آبگیری از مسیر مستقیم، عرض صفحه تقسیم جریان در سطح بیشتر از کف است که دلیل آن وجود جریان حلزونی در قوس می­باشد همان­گونه که در شکل 1-6 مشخص شده است. نکته قابل توجهی که در شکل مشاهده می­شود این است که عرض صفحه تقسیم جریان از کف به سمت سطح آب ابتدا افزایش یافته و دوباره نزدیک سطح کاهش می­یابد. دلیل این کاهش نیز تفاوت تنش برشی بین لایه­های سیال و لایه سطحی با هواست. پیرستانی ]8[ و صفرزاده ]9[ نیز در مطالعات خود، افزایش عرض صفحه تقسیم جریان در سطح نسبت به کف را گزارش نموده­اند اما به کاهش آن در لایه­های سطحی اشاره نکرده­اند.

 

 

شكل 1-6 الگوی جریان در یک انشعاب از مسیر قوسی]7[

1-6-­ ضرورت انجام تحقیق

 

همانگونه كه قبلا گفته شد، از دیرباز مساله­ی آبگیری از رودخانه‌ها مطرح بوده است و مهمترین مساله برای طراحان برداشت آب با حداقل رسوبات از رودخانه بوده است و آبگیری از قوس یکی از روش­های پیشنهاد شده می­باشد که نسبت به سایر روش­ها هزینه­ی کمتر و پربازده­تر می­باشد. حال نکته مهم که مطرح می­شود این است که کدام قسمت از یک قوس، محل مناسبتری برای آبگیری می باشد و آبگیری تحت چه زاویه­ای باشد که مناسب­ترین حالت را بوجود آورد؟ پر واضح است که جواب دادن به سئوال فوق راحت نبوده و شرایط و پارامترهای زیادی در تعیین محل و زاویه مناسب آبگیری در یک قوس رودخانه دخیل هستند. همچنین شناخت مکانیسم­های ورود رسوبات به آبگیر در طراحی بهتر ان سازه­ها بسیار ضروری است بالطبع قبل از اینکه مساله انتقال رسوب در چنین میدان پیچیده­ای مطرح شود، لازم است تا الگوی جریان در آن بطور کامل شناخته شود. و در ادامه به بررسی توپوگرافی بستر در کانال قوسی و مکانیسم ورود رسوبات به آبگیر بررسی می­شود. همچنین مدل­های فیزیکی به دلیل پیچیدگی الگوی جریان و تاثیرات ناشی از مقیاس، به تنهایی قادر به ارائه درک روشنی از فیزیک حاکم بر مسئله نمی­باشند بنابراین استفاده از مدل­های عددی در کنار مطالعات صحرایی و آزمایشگاهی امری حتمی می­باشد.

 

در این پایان نامه با استفاده از مدل عددی SSIIM2 که توانایی فوق­العاده­ای در شبیه‌سازی الگوی رسوب دارد که کمتر مدل عددی دیگر فاقد این توانایی می­باشد. در ابتدا الگوی جریان در مدل شبیه­سازی و نتایج حاصل کالیبره و صحت­سنجی شود و در آخر به شبیه­سازی مکانیسم حرکت رسوب که مزیت اصلی این مدل عددی می­باشد پرداخت شده است.

 

1-7- اهداف

 

تحقیق انجام شده به منظور رسیدن به اهداف زیر انجام می­شود:

 

• بررسی قابلیت مدل SSIIM2 در شبیه­سازی میدان جریان در کانال قوسی و الگوی جریان در اطراف دهانه آبگیر در کانال قوسی.

 

• تعیین بهترین موقعیت و زاویه آبگیر در کانال قوسی.

 

• مطالعه مکانیسم شکل­گیری توپوگرافی بستر در کانال قوسی در حالت تزریق رسوب برروی بستر صلب و مکانیسم ورود رسوب به آبگیر.

 

• بررسی تاثیر دبی آبگیری بر مکانیسم ورود رسوبات به آبگیر

1-8- روش انجام تحقیق

 

مراحل انجام شبیه­سازی الگوی جریان و رسوب با استفاده از مدل عددی SSIIM به شرح زیر است:

 

• مش­بندی کانال قوسی 180 درجه، برای نیل به این منظور با نوشتن برنامه­ای در نرم­افزار Excel مختصات تک­تک گره­های میدان حل براساس هندسه موجود و در نظر گرفتن تعداد مش­های لازم در جهات مختلف و ریزشدگی مش­ها در نزدیک دیواره­ها را بدست ­آورده شود.

 

• انتقال مختصات گره­ها به مدل SSIIM1، مدل SSIIM1 شامل دو فایل کمکی به نام control و koordina می­باشد که در فایل control با نوشتن کدهای مورد نیاز شرایط مرزی، دانه­بندی رسوبات کف، ارتفاع آب و الگوریتم­های حل، برای نرم­افزار تعریف می­شود و مختصات گره­ها در فایلkoordina داده می­شود.

 

• انتقال شبکه ایجاد شده در SSIIM1 به SSIIM2.

 

• کالیبراسیون و صحت نتایج حاصل از مدل عددی با توجه به نتایج آزمایشگاهی.

 

• نتایج حاصل از مدل SSIIM2 را در نرم­افزار Tecplot رسم می­شود و به تحلیل شبکه جریان و رسوب پرداخته شده است.

1-1- کلیات

 

امروزه ساخت و احداث سدها به منظور جمع‌آوری و نگهداری آب رودخانه‌ها برای مصارف آشامیدن، آبیاری، تولید برق، جلوگیری از سیلاب، ماهی‌گیری و …. امری اجتناب ناپذیر است. با این وجود سدها، سازه‌های عظیمی هستند كه خطرات بالقوه‌ای را برای جامعه پایین‌دست خود به همراه دارند و شکست آن‌ها می‌‌تواند فاجعه آمیز باشد. در واقع موضوع ایمنی سدها به دلیل مسایل اجتماعی و اقتصادی در دهه‌های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این امر به دلیل بالا رفتن سن سدهای ساخته شده و همچنین ظاهر شدن خرابی در سدهایی كه در ابتدا و اواسط قرن بیستم ساخته شده‌اند، توجه ویژه‌ای را به خود جلب كرده است.

          از تعداد سدهایی كه در طول تاریخ خرابی‌هایی به بار آورده‌اند اطلاع دقیقی در دست نیست. با این وجود، گزارش های متعددی از آسیب‌های وارده بر سدها در حین زلزله‌های به وقوع پیوسته گزارش شده است. البته خطر حاصل از خرابی سدها تنها به ارتفاع سد 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

  بستگی ندارد و حجم آب ذخیره شده در پشت سد و شكل دره نیز، در خرابی آن موثر هستند.

 

          در طی سالیان متمادی که بشر اقدام به ساخت سدها کرده است همواره با توجه به اطلاعات در دسترس و نیز امکانات موجود، فرضیاتی را اتخاذ نموده و مدل‌هایی را برای تعریف رفتار سدها، مصالح ساخت و نیروهای اعمالی توسعه داده است که با توجه به پیشرفت‌های حاصله بسیاری از این فرضیات اعتبار خود را از دست داده‌اند. علاوه بر آن با توسعه نرم‌افزارهای پیشرفته‌، تدقیق مدل‌های رفتاری مصالح بر پایه نتایج آزمایشگاهی‌، مطالعه پاسخ‌های سدهای موجود در حین زلزله‌های رخ داده، شناخت دقیق‌تر ماهیت زلزله‌های اعمالی و نیز افزایش سرعت رایانه‌ها امکان انجام مطالعه و آنالیزهای دینامیکی غیر خطی سه بعدی دقیق‌تر بر روی رفتار سدها فراهم شده است.

 

همان طور که اشاره شد امروزه با پیشرفت تکنولوژِی و با استفاده از روش‌های عددی امکان مدل‌ کردن شرایط پیچیده فیزیکی فراهم است. لذا با به کار گیری نرم‌افزارهایی که جهت مدل‌سازی المان محدود ارائه شده‌اند می‌توان بررسی کرد اعمال فرض غیریکنواخت بودن پی نسبت به حالت یکنواخت تا چه میزان در پاسخ لرزه‌ای سدهای بتنی وزنی تاثیرگذار است.

 

در این تحقیق رفتار لرزه ای یک سد بتنی وزنی به ارتفاع 110 متر تحت اثر غیریکنواخت بودن فونداسیون مورد تحقیق قرار گرفته است. سد بتنی وزنی بررسی شده در این تحقیق ارتفاعی معادل 110 متر دارد. شیب بالادست و پایین‌دست این سد به ترتیب 1 به 1/0 و 1 به 85/0 (قائم به افقی) است. به این منظور با استفاده از نرم‌افزار Abaqus یک مدل المان محدود از سیستم سد، دریاچه و فونداسیون ایجاد شده است. به کمک این مدل پاسخ سد با لحاظ کردن اندرکنش سد، فونداسیون و دریاچه تحت اثر زلزله‌ای با شتاب حداکثر  g 8/0 محاسبه شده است. به منظور بررسی تاثیر غیریکنواخت بودن فونداسیون سد در پاسخ به دست آمده، رفتار این سد تحت شرایط مختلف و با در نظر گرفتن پارامترهای فیزیکی متفاوت برای فونداسیون مورد بررسی قرار گرفته است. در همگی تحلیل‌ها رفتار مصالح سد و فونداسیون در محدوده خطی در نظر گرفته شده است.

 

نتایج آنالیزها نشان می‌دهد در فونداسیون‌های غیریکنواخت الگوی توزیع تنش در بدنه سد به طور کلی با حالت یکنواخت متفاوت است. به علاوه فرض غیریکنواخت بودن فونداسیون تاثیر قابل ملاحظه‌ای در تنش‌های به وجود آمده در بدنه سد خواهد داشت. این در حالی است که در حالت غیریکنواخت تغییرمکان‌ها نسبت به حالت یکنواخت افزایش محسوسی نمی‌یابند.

 

   1-2- ایمنی در سدها

 

بهره برداری همراه با کنترل ایمنی دو فرایند جدانشدنی و مستمر در دوره عمر سدها می باشند. با ساخت و شروع بهره برداری از ابر سازه ای چون سد در واقع برای جامعه پایین دست شرایط بالقوه مخاطره ای آمیزی می تواند ایجاد گردد و شکست سد پدیده ی نابهنجاری است که با ایجاد سیل در پایین دست همراه بوده و  می تواند موجب خسارات مالی و جانی قابل ملاحظه ای گردد. دامنه این خسارت ها چه در بعد زمان و چه در بعد مکان بسیار گسترده بوده و حتی موجب کاهش اعتبار ملی یک کشور نیز می گردد.

 

 با توجه به مطالب ذکر شده در بالا موضوع ایمنی در سدها اهمیت بسیار بالایی دارد خصوصا در کشور ما که بسیاری از نقاط سد سازی در مکان هایی با لرزه خیزی بالا قرار دارند. در واقع با توجه به هزینه بالای سد سازی، عدم توجه کافی به ایمنی سدها می تواند موجب از بین رفتن سرمایه های ملی کشور نیز بشود.

 

 

 

1-3-  انواع نیروهای وارده بر سدهای بتنی وزنی

 

نیروهای موجود در بحث پایداری و آنالیز تنش را می توان به دو دسته استاتیکی و دینامیکی تقسیم بندی نمود. بارهای استاتیکی شامل نیروی وزن، هیدرواستاتیک، نیروی زیرفشار، بارهای حرارتی، فشار رسوب و یخ و … هستند و نیروی های ناشی از زمین لرزه و باد طبیعت دینامیکی دارند.

 

 

 

1-3-1- بارهای استاتیکی

 

1-3-1-1- بار ناشی از وزن

 

شکل1-1. نیروی وزن

 

این نیرو مهترین بار در سدهای بتنی وزنی است و نقش پایدار کننده و مقاومت در برابر انواع نیروهای دیگر را بازی می کند.

 

برای محاسبه این نیرو از حاصلضرب وزن مخصوص مصالح در حجم استفاده می شود.

 

(1-1)

 

در رابطه بالا:

 

 نیروی وزن

 

 وزن مخصوص بتن

 

مساحت مقطع سد

. 62

 

۲-۴- نتایج آزمایش دانه بندی.. 62

 

۳-۴- نتایج آزمایش های تراکم.. 62

 

۱-۳-۴- آزمایش تراکم بدون مواد افزودنی.. 63

 

۲-۳-۴- آزمایش تراکم با ۰/۱ درصد پلیمر پلی وینیل الکل.. 64

 

۳-۳-۴- آزمایش تراکم با ۰/۲ درصد پلیمر پلی وینیل الکل.. 65

 

۴-۳-۴- آزمایش تراکم با ۰/۳ درصد پلیمر پلی وینیل الکل.. 66

 

۵-۳-۴- تفسیر نتایج آزمایشهای تراکم.. 67

 

۴-۴- نتایج آزمایش های CBR.. 68

 

۱-۴-۴- آزمایش CBR بدون مواد افزودنی.. 68

 

۲-۴-۴- آزمایش CBR با ۰/۱ درصد پلیمر پلی وینیل الکل.. 69

 

۳-۴-۴- آزمایش CBR با ۰/۲ درصد پلیمر پلی وینیل الکل.. 71

 

۴-۴-۴- آزمایش CBR با ۰/۳ درصد پلیمر پلی وینیل الکل.. 73

 

۵-۴-۴- آزمایش CBR با ۰/۴ درصد پلیمر پلی وینیل الکل.. 74

 

۶-۴-۴- آزمایش CBR با ۰/۵ درصد پلیمر پلی وینیل الکل.. 76

 

۷-۴-۴- آزمایش CBR با ۰/۶ درصد پلیمر پلی وینیل الکل.. 77

 

۸-۴-۴- تفسیر نتایج آزمایش CBR.. 79

 

۹-۴-۴- آزمایش CBR با پلیمر پلی وینیل الکل و سیمان.. 81

 

۵-۴- نتایج آزمایشهای برش مستقیم.. 82

 

۱-۵-۴- آزمایش برش مستقیم روی خاک بدون مواد افزودنی.. 82

 

۲-۵-۴- آزمایش برش مستقیم روی خاک با ۰/۲ درصد پلیمر پلی وینیل الکل.. 83

 

۳-۵-۴- آزمایش برش مستقیم با ۰/۲ درصد پلیمر و ۰/۴ درصد الیاف تایر. 84

 

۴-۵-۴- آزمایش برش مستقیم با ۰/۲ درصد پلیمر و ۰/۶ درصد الیاف تایر. 85

 

۵-۵-۴- آزمایش برش مستقیم با ۰/۲ درصد پلیمر و ۰/۸ درصد الیاف تایر. 86 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

 

 

۶-۵-۴- تفسیر نتایج آزمایش برش مستقیم.. 86

 

4-6- نتایج آزمایشهای تک محوری.. 88

 

4-6-1- آزمایش تک محوری برای ماسه بادی با ۲ درصد سیمان.. 88

 

4-6-2- آزمایش تک محوری برای ماسه بادی با ۰/۲ درصد پلی وینیل الکل.. 89

 

۳-۶-۴- آزمایش تک محوری برای ماسه بادی با ۰/۴ درصد پلی وینیل الکل.. 89

 

۴-۶-۴- آزمایش تک محوری برای ماسه بادی با ۰/۶ درصد پلی وینیل الکل.. 90

 

۵-۶-۴- آزمایش تک محوری با ۰/۲ درصد پلی وینیل الکل و ۲ درصد سیمان.. 91

 

۶-۶-۴- آزمایش تک محوری با ۰/۴ درصد پلی وینیل الکل و ۲ درصد سیمان.. 91

 

۷-۶-۴- آزمایش تک محوری با ۰/۲ درصد پلی وینیل الکل و ۰/۶ درصد الیاف تایر. 92

 

۸-۶-۴- آزمایش تک محوری با ۰/۴ درصد پلی وینیل الکل و ۰/۶ درصد الیاف تایر. 93

 

۹-۶-۴- آزمایش تک محوری با ۰/۲ درصد پلی وینیل الکل، ۰/۶ درصد الیاف تایر و ۲ درصد سیمان   93

 

۱۰-۶-۴- آزمایش تک محوری با ۰/۴ درصد پلی وینیل الکل، ۰/۶ درصد الیاف تایر و ۲ درصد سیمان   94

 

۱۱-۶-۴- تفسیر نتایج آزمایشهای تک محوری.. 95

 

فصل پنجم نتیجه‌گیری و پیشنهادها 101

 

۱-۵- نتیجه‌گیری.. 102

 

5-2- پیشنهادها 103

 

منابع و مآخذ………….. 100

 

دورنمای کار

 

بدون تردید یكی از مقدماتی‌ترین و مهم‌ترین اصول در اجرای طرح‌های عمرانی، داشتن زمینی مقاوم برای احداث بناست كه با توجه به رشد روزافزون جمعیت دنیا در سال‌های اخیر ، مساحت زمین‌های مناسب برای ساخت و ساز و احداث بنا بتدریج در حال كاهش است. در چنین شرایطی دستیابی به روش‌های جدید و اصولی برای بهبود و اصلاح زمین‌های نامناسب رقابت شدیدی را بین مهندسان عمران كشورهای توسعه‌یافته ایجاد كرده است و در حقیقت باید پذیرفت كه توسعه هرچه بیشتر فنون و روش‌های اختصاصی به منظور دستیابی به این هدف برای انسان ضروری خواهد بود. آنچه باعث می­شود که یک روش بر روش دیگر برتری یابد، پارامترهای اقتصادی، شرایط و مشکلات اجرایی، امکانات موجود و محدودیت­های زمانی و مکانی می­باشد. اصولا دستیابی به مصالح مرغوب که به لحاظ اقتصادی نیز مقرون به صرفه باشد و بتواند بارهای اعمال شده از سوی سازه را به راحتی تحمل کند انگیزه اصلی اصلاح خاک[1] می باشد.

۲-۱-تعریف مسأله

 

عموما خاک موجود در سایت از دیدگاه مهندسی برای ساخت و ساز، ایده آل و کاملا مطلوب نیست و باید با اعمال تغییراتی بر آن برای فعالیت های عمرانی آماده شود.

 

به طور معمول در مواجهه با خاک های مسأله دار نظیر خاک های سست با قابلیت باربری کم و نشست پذیری زیاد دو راه پیش روی مهندسین ژئوتکنیک قرار دارد: الف) استفاده از المانهای باربر در خاک. ب) بهسازی و اصلاح خواص فیزیکی خاک. بهسازی (یا اصلاح) به مجموعه عملیاتی اطلاق می شود که به حذف برخی رفتارهای نامناسب خاک یا تحمیل رفتارهای مناسب به آن می انجامد. اصولا اهداف عمده بهسازی عبارتند از: افزایش مقاومت خاک، کاهش خصوصیات کلی تغییر شکل پذیری و حذف برخی رفتارهای نا مناسب یا اضافه نمودن برخی رفتارهای مناسب به خاک. روش های تثبیت خاک گسترده هستند که در هر مورد با توجه به شرایط خاص خود مورد استفاده قرار می گیرند اما به طور کلی می توان آن ها را به دو دسته تثبیت شیمیایی و تثبیت فیزیکی-مکانیکی تقسیم بندی کرد. منظور از تثبیت شیمیایی، اصلاح خواص مورد نظر خاک به کمک مواد افزودنی است، که به لحاظ فعل و انفعالات شیمیایی حاصل از این مواد در مجاورت خاک حاصل می گردد. منظور از تثبیت فیزیکی خاک، تثبیت و اصلاح خواص خاک بدون تغییر در خصوصیات شیمیایی خاک می باشد. این نوع تثبیت را می توان به روش های مختلفی اجرا نمود که تسلیح خاک یکی از این روش هاست.

 

 در کشور ایران با در نظر گرفتن اقلیم و شرایط جغرافیایی و همچنین وجود مناطق وسیعی از بیابان ها که اکثر خاک های این مناطق ماسه های ریز دانه (ماسه بادی) می باشد، چون یکی از مشکلات عمده خاک­های ماسه بادی، مقاومت کم آن­ها تحت شرایط رطوبت طبیعی و اشباع می­باشد، شاید یکی از موانع عمده در زمینه توسعه شبکه راه های کشور و پروژه های عمرانی، وجود این نوع ماسه ها در سطح وسیعی از کشور باشد. طبیعی است که چنانچه منابع قرضه فاصله زیادی تا محور راه یا پروژه های عمرانی داشته باشد، آنگونه که در مناطق کویر مرکزی، کویر لوت و یا بیابان های جنوب کشور چنین است هزینه احداث راه و بهسازی خاک منطقه چندین برابر حد معمول خواهد بود. بدین منظور مطالعه بر روی روش های جدیدی که قادر باشند اصلاحاتی بر روی خاک سطوح زمین پوشیده از ماسه بادی به عمل آورند، دارای اهمیت زیادی می­باشد و این تحقیق در این راستا می­باشد.

 

۳-۱-مروری بر مطالب ارائه شده در این تحقیق

 

• در فصل دوم، کلیات و سابقه­ی تحقیق در رابطه با بهبود خواص خاک­های ماسه ای بررسی شده است.

 

• فصل سوم روش تحقیق و برنامه­های آزمایشگاهی را بیان می­کند.

 

• در فصل چهارم به نتایج حاصل از آزمایش­ها و تفسیر آن­ها پرداخته شده است.

اصولا از نظر مهندسی آن طرح مناسب و قابل قبول تلقی می شود که بتواند شرایط مطلوب را چه از نظر اقتصادی، کارایی، مقاومت و… در حد معقول و مقبولی بر آورده سازد. گر چه گاهی مسائل اقتصادی و معماری سبب از دست رفتن مقاومت و عملکرد مناسب ساختمان در مقابل بار های وارده می گردد، ولی در عین حال باید ضمن تامین مقاومت و پایدار کافی، حتی الامکان سعی شود ساختمان دارای کارایی حداکثر و از نظر اقتصادی بهینه باشد. با توجه به توضیحات فوق،  در حال حاضر بهترین راه حل یافتن شیوه هایی برای بهبود روند ساختمان سازی کنونی است. یعنی با تغییراتی چند در روش های اجرایی و صد البته با انجام کار ها بر اساس ضوابط آیین نامه ها از ابتدا تا اتمام کار اجرایی پروژه ها، می توان به نتایج بسیار بهتری دست یافت.

 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

 

مقاومت هر سازه در برابر زلزله به دو عامل بستگی دارد : یکی نوع ساخت سازه و به کارگیری اصول و قوانین مهندسی در طراحی و اجرای آن و دیگری بزرگی و قدرت زلزله در سال های اخیر از طریق رسانه های گروهی هر چند وقت یک بار خبری در مورد روش های ابداعی مهندسان سازه برای مقاوم سازی ساختمان ها یا ساخت سازه های مقاوم در برابر زلزله شنیده می شود؛ شیوه هایی مثل قرار دادن ساختمان ها روی بلوک های لغزشی ، حفر کانال های بسیار بزرگ در اطراف فونداسیون ها، معلق کردن ساختمان از زنجیر ! ، آویزان کردن پاندول های بزرگ از سقف و… نکته قابل تامل در مورد این راهکار ها، تقریبا غیر علمی بودن آنها با توجه به وضعیت ساخت و ساز در کشوری مثل ایران آن هم در مقیاس وسیع است. البته نه تنها در ایران بلکه در اکثر کشور ها این کار تا حدود زیادی نشدنی است و اگر هم قابلیت اجرایی داشته باشند بسیار هزینه بر بوده، برای تمام ساختمان ها قابلیت اجرایی ندارند. در کنار این روش ها کارهایی مثل استفاده از جدا ساز ها ، میرا کننده ها و جذب کننده های انرژی ( قرار دادن فنر های پلاستیکی ویژه یک یا چند لایه در پی ساختمان ) برای کاهش خسارات و تلفات، عملی تر به نظر می رسد. گاهی ملاحظات معماری مثل ایجاد فضا و یا ایجاد نمای مناسب در ساختمان سبب می شود که مهندسان سازه دست به ابداعات جدید سازه ای بزنند. البته برای بهره بری بهتر و ایجاد عملکرد مناسب لازم است رفتار سازه در زلزله بررسی شود تا از خسارت های احتمالی آن جلوگیری شود. از این دیدگاه ساختمان ها به طور کلی به چهار دسته ساختمان های فولادی، بتنی، ساختمان های با مصالح بنایی (آجری) و ساختمان های چوبی تقسیم می شوند.

 

با توجه به کاربرد بیشتر و بروز بودن ساخت سازه های بتنی و فولادی در عصر حاضر، قوانین موجود در زمینه ساخت این دو نوع سازه رابیشتر مورد بحث و بررسی قرار می دهیم. سازه های بتنی و فولادی اگر بر اساس اصول مهندسی و ضوابط و آیین نامه های اجرایی موجود ساخته شوند، تفاوت آنچنانی از نظر مقاومتی با هم ندارند. با یاد آوری این نکته که، فولاد در برابر حرارت و مواد شیمیایی نسبت به بتن مقاومت کمتری دارد (آتش سوزی و ذوب شدن، زنگ زدگی ، پوسیدگی و…) در زلزله هر چه اعضای سازه شکل پذیر تر و انعطاف پذیر باشند ، خسارات مالی و جانی وارده کمتر خواهد بود. برای این کار بهتر است از فولاد کم کربن، جوش پذیر و دارای شکل پذیری بالا استفاده شود. البته صرفا فولادی بودن یک سازه تضمینی بر مقاومت آن  در برابر زمین لرزه نیست.

شناسایی سیستم­های سازه­ای یکی از موضوعات پویا در محدوده­ی مهندسی زلزله است [1]. روش­های شناسایی سازه به طور مشخص از تئوری در دو زمینه­ پردازش سیگنال و دینامیک سازه بهره می­گیرند که در این میان سیگنال نقش مهمی را ایفا می­کند [1]. لذا در تحقیق پیش­رو تلاش داریم تا با استفاده از تبدیل هیلبرت در قیاس با دیگر تبدیلات ریاضی از جمله فوریه به بررسی و تحقیق درباره­ی تعیین خسارت در تیرهای بتنی بپردازیم.

 

1-2 کلیات تحقیق

 

اخیراً با گسترش این روش، روش­های شناسایی سازه­ای نیز براساس آن پیشنهاد شده است [1]. تبدیل هیلبرت از دوبخش تجزیه تجربی مُودی و تحلیل طیفی هیلبرت تشکیل شده است.برای اِرتقاء عملکرد تبدیل هیلبرت تاکنون تحقیقات زیادی صورت پذیرفته امّا بیشتر تمرکز این تحقیقات بر روی قسمت تجزیه مودی بوده [3و4] و برروی قسمت تحلیل طیفی هیلبرت کار نسبتاً کمتری انجام شده است[5]. پاسخی که برای استفاده از روش مورد نظر این پروژه است،مقادیرجنبشی قابل اندازه­گیری در تست ارتعاشی، داده های شتاب می باشد.

 

1-3 خلاصه ­ای بر پایش سلامتی سازه

 

پایش سلامتی سازه­ها در دهه­های اخیر به دلیل افزایش نیاز به پایش دایم سازه­های بزرگ به زمینه تحقیقاتی مناسب تبدیل شده 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

  است.شناسـایی آسیب در یک سازه از اهمیت زیادی برخوردار است. زیرا کشف زود هنگام آسیب می­تواند از خرابی فاجعه­بار سازه جلوگیری کند. شناسایی آسیب بدون نیاز به تخریب سازه با استفاده از پاسخ­های فرکانسی توجه علاقمندان زیادی را در دهه­ی اخیر به خود جلب کرده است.

 

تغییر در مشخصات فیزیکی سازه­ها مثل سختی ،جرم و میرایی به علت آسیب، پاسخ­های فرکانسی سازه را تغییر می­دهد. اصل اساسی بیشتر روش­های شناسایی آسیب این است که آسیب موجود در سازه­ها، خواص سختی، جرم و خواص استهلاك انرژی سیستم را که با استفاده از پاسخ دینامیکی اندازه­گیری شده سیستم بدست می­آید، تغییر خواهد داد.

 

این شناسایی می­تواند برای درنظرگرفتن اقدامات احتیاطی انجام شود تا در صوررت لزوم برای کار تعمیر و نگهداری سازه برنامه­ریزی کنیم. بطور سنتی برای شناسایی آسیب در سازه­های عمرانی از بازرسی­های چشمی استفاده می­کنند.

 

تشخیص آسیب در سازه­های بزرگ به روش بصری محیطی امری هزینه­بَر و غیر مؤثر به حساب می­آید. لذا به این دلیل روشی که بتواند به صورت مؤثر رخداد آسیب را شناسایی و محل آن را معلوم کند مورد نیاز است.بنابراین، روش­های غیرمستقیمی که بتوانند به طور مداوم سازه را پیش از آنکه به وضعیت بحرانی برسد برای تشخیص مشکلات آن بازرسی کنند، ضرورت دارند.پایش سلامتی سازه،پاسخ سازه را تحت انواع بارگذاری کنترل شده و کنترل نشده تحلیل می­کند.

 

1-4 کلمات کلیدی به کار برده شده در این پروژه

 

این فصل با تعریف اصطلاحات به کار رفته در این پروژه ادامه می­یابد.

 

1-4-1 آسیب

 

1-4-2کنترل سلامت سازه

 

در حقیقت و به سخن دیگر، فرآیندSHM [1] یک سیستم سازه­ای عبارت است از: زیر نظر گرفتن سیستم با اسـتفاده از اندازه­گیری پاسخ­های دینامیکی از طریق حس­گرها، و همچنین استخراج مُشخصه­های حساس به آسیب سازه با استفاده از نتایج اندازه­گیری­ها، و آنالیزتَحلیلی این مشخصه­ها برای معین کردن وضعیت کنونی سلامت سیستم؛ هر چند به صورت کلی این امر تحلیل پیچیده­ای نیاز دارد[6].

 

1-4-3 آسیب خطی و غیر خطی

 

آسیب را می­توان به دو دسته خطی و غیرخطی تقسیم کرد.اگر سازه­ای پس از وقوع آسیب به صورت خطی رفتار کند آسیب را خطی واگر سازه بصورت خطی رفتار نکند آسیب را غیرخطی می­نامیم.بطور مثال ترک ناشی از خستگی در شفت دوار که تحت بارگذاری دایم قرار دارد نمونه­ای از تَرک غیرخطی است.در بسیاری از روش­های تشخیص آسیب نوع آسیب از نوع خطی فرض می­شود.