پایان نامه کارشناسی ارشد:برآورد نيروهاي طراحي سگمنت‌هاي بتني تونل‌ها تحت بارهاي لرزه‌اي و ثقلي باتوجه به رفتار غيرخطي و اندركنش آنها با محيط اطراف

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته عمران

گرایش : زلزله

عنوان : برآورد نيروهاي طراحي سگمنت‌هاي بتني تونل‌ها تحت بارهاي لرزه‌اي و ثقلي باتوجه به رفتار غيرخطي و اندركنش آنها با محيط اطراف

دانشگاه آزاد واحد شهرکرد

دانشکده فني و مهندسي

پايان نامه براي دريافت درجه كارشناسي ارشد (M.Sc)

در رشته مهندسي عمران- زلزله

عنوان :

برآورد نيروهاي طراحي سگمنت‌هاي بتني تونل‌ها تحت

بارهاي لرزه‌اي و ثقلي باتوجه به رفتار غيرخطي و اندركنش

آنها با محيط اطراف

 

 

استاد راهنما :

دکتر محمد علي رهگذر

 

 

استاد مشاور :

دکتر محسن ابوطالبي

 

 

شهريور  1391

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                       صفحه

 

چکیده———————————————————————– 1

فصل اول « کلیات »

1-1 مقدمه——————————————————————- 3

1-2 بیان مسئله————————————————————— 4

1-3 هدف از تحقیق———————————————————— 5

1-4- متدلوژی تحقیق———————————————————- 5

فصل دوم « ادبیات تاریخچه »

2-1 مقدمه —————————————————————— 7

2-1-1 پایداری ————————————————————— 7

2-1-2 جا به جایی های زمین و اثرات آن —————————————– 9

2-1-3 کارائی سیستم نگهدارنده و پوشش دائمی ———————————– 9

2-2 روش های تحلیل پوشش—————————————————- 9

2-2-1 بارهای وارد بر پوشش تونل ———————————————– 9

2-2-1-1 فشار زمین ——————————————————— 10

2-2-1-2 فشار آب ———————————————————- 13

2-2-1-3 بار مرده ———————————————————– 13

2-2-1-4 سربار ————————————————————- 14

2-2-1-5 واکنش بستر ——————————————————- 14

2-2-1-6 اثر زلزله———————————————————— 15

2-3 تئوریهای تخمین مقدار بار وارد بر پوشش ————————————- 17

2-3-1 تئوری ترزاقی ——————————————————— 18

2-2-2 تئوری بلا (balla-1961) ———————————————- 21

فصل سوم « معادلات تعادل و حل آنها »

3-1 معادله اساسي رفتار ديناميكي———————————————– 25

3-2 حل معادلات ديناميكي تعادل———————————————– 27

3-2-1- بكار بستن طرح انتگرال در Plaxis————————————– 28

فصل چهارم « مدل‌سازی عددی، ارائه نتایج، نتیجه گیری و طراحی»

4-1 مشخصات هندسی مدل—————————————————- 33

4-2 مشخصات مصالح——————————————————— 34

4-3 مش­بندی مدل———————————————————– 34

4-4 فازبندی و محاسبات——————————————————- 36

4-4-1 فاز اول: محاسبه تنش­های برجا——————————————- 37

4-4-2 فاز دوم: حفاری تونل و نصب همزمان پوشش­ها——————————- 38

4-4-3 فاز سوم: محاسبه نیروی ایجاد شده در پوشش در اثر فشار خاک اطراف تونل——- 39

4-4-4 فاز دوم: اعمال شتاب زلزله به سنگ بستر و محاسبه نیروها و تغییرشکل های ایجاد شده در تونل و خاک اطراف————————————————————————— 40

فصل پنجم « بحث و نتيجه‌گيري »

5-1 ارائه نتایج و مقایسه——————————————————- 43

5-2 نیروهای ایجاد شده در پوشش تونل—————————————— 44

5-2-1بررسی نوع خاک و نوع زلزله و فاصله سنگ بستر تاتونل در نیروهای داخلی پوشش‌ها 46

5-2-2 طراحی پوشش های تونل———————————————— 48

5-2-3 جابه جایی ایجاد شده در سطح خاک و المان های پوشش تونل—————– 51

5-2-4 بررسی تراکم خاک ماسه‌ای و نوع زلزله و فاصله سنگ بستر تاتونل در تاریخچه جا‌به‌جایی              52

5-2-4-1 بررسی میزان تحکیم خاک رسی و نوع زلزله و فاصله سنگ بستر تاتونل در تاریخچه جا‌به‌جایی     60

منابع———————————————————————– 69

 

فهرست جداول

عنوان                                                                                                       صفحه

 

جدول 2-1) مقادیر  و  و  براساس Ф ———————————- 22

جدول 4-1) مشخصات هندسی مدل——————————————— 33

جدول 4-2) مشخصات کامل مصالح خاکی—————————————– 34

جدول 4-3) مقادیر nc جهت مش بندی—————————————— 35

جدول 5-1) مشخصات تونل های مدل سازی شده———————————- 44

جدول 5-2) حداکثر نیروی برشی و لنگر خمشی ایجاد شده در مدل­ها—————— 46

جدول 5-3) طراحی برشی پوشش های بتنی تونل———————————- 49

جدول 5-4) طراحی خمشی پوشش های بتنی تونل——————————— 50

جدول 5-5) حداکثر جابه جایی قائم در سطح خاک و جداره تونل را در فاز سوم (اعمال انقباض) بیان می کند.        51

 

 

فهرست شكل‌ها

عنوان                                                                                                       صفحه

 

شکل 2-1)  مقطعی از یک تونل و زمین اطراف آن———————————- 11

شکل 2-2 عملکرد فشار زمین بر روی پوشش (  ضریب فشار جانبی زمین، t  و  ضخامت و شعاع خارجی پوشش ) (3)———————————————————————— 12

شکل 2-3) فشار هیدرواستاتیک(Pw1فشار آب در تاج تونل و Re شعاع تا مرکز پوشش)– 13

شکل 2-4) عکس­العمل بستر مستقل از جابه­جایی———————————- 15

شکل 2-5) فرضیات تئوری فشار خاک  ترزاقی ———————————— 19

شکل 2-6) فشار خاک در عمق های بیشتر ————————————— 20

شکل2-7 اصول تئوری بلا —————————————————– 22

شکل 3-1) تغيير نسبت ميرايي بحراني نرمال شده با فركانس زاويه اي—————— 26

شکل 4-1) مدل­های هندسی تونل در نرم­افزار PLAXIS————————— 33

شکل 4-2) شکل کلی المان 15 گره­ای مثلثی————————————– 35

شکل 4-3) نمای کلی مش­بندی تونل و محیط اطراف——————————– 36

شکل 4-4) نمای تنش‌های برجای محاسبه شده توسط نرم افزار (سنگ بستر در عمق 10 متری)     37

شکل 4-5) نمای تنش‌های برجای محاسبه شده توسط نرم افزار (سنگ بستر در عمق 100 متری)   38

شکل 4-6) تونل حفاری شده و پوشش ها پس از نصب——————————- 38

شکل 4-7) تغییر شکل های تونل پس از اعمال انقباض—————————— 39

شکل 4-8) شتاب نگاشت زلزله Northridge————————————- 40

شکل 4-9) شتاب نگاشت زلزله Chi Chi –Taiwan—————————— 41

شکل 4-10) نمونه ای از تغییر شکل های تونل و خاک اطراف در اثر زلزله————— 41

شکل 5-1) نمونه‌ی نمودار برش ایجاد شده در پوشش تونل تحت بار زلزله برای مدل T10- 45

شکل 5-2) نمونه‌ی نمودار خمش ایجاد شده در پوشش تونل تحت بار زلزله برای مدل T10 45

شکل 5-3) دامنه فوریه زلزله های اعمالی  الف- زلزله Northridge     ب- زلزله Chi Chi 47

شکل 5-4) دامنه فوریه زلزله های اعمالی  الف- زلزله Northridge     ب- زلزله Chi Chi 50

شکل 5-5) محل قرارگیری نقاط کنترل جابه جایی———————————- 51

شکل 5-6) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T1———————– 52

شکل 5-7) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T1———————— 52

شکل 5-8) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T2———————– 53

شکل 5-9) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T2———————— 53

شکل 5-10) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T3———————- 54

شکل 5-11) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T3———————– 54

شکل 5-12) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T4———————- 55

شکل 5-13) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T4———————– 55

شکل 5-14) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T5———————- 56

شکل 5-15) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T5———————– 56

شکل 5-16) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T6———————- 57

شکل 5-17) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T6———————– 57

شکل 5-18) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T7———————- 58

شکل 5-19) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T7———————– 58

شکل 5-20) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T8———————- 59

شکل 5-21) تاریخچه جابه جایی افقی قائم کنترلی در مدل T8———————- 59

شکل 5-22) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T9———————- 60

شکل 5-23) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T9———————– 60

شکل 5-24) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T10——————— 61

شکل 5-25) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T10——————— 61

شکل 5-26) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T11——————— 62

شکل 5-27) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T11——————— 62

شکل 5-28) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T12——————— 63

شکل 5-29) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T12——————— 63

شکل 5-30) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T13——————— 64

شکل 5-31) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T13——————— 64

شکل 5-32) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T14——————— 65

شکل 5-33) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T14——————— 65

شکل 5-34) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T15——————— 66

شکل 5-35) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T15——————— 66

شکل 5-36) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T16——————— 67

شکل 5-37) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T16——————— 67

 

فصل اول

« کلیات »

 

1-1 مقدمه

كشور ايران به عنوان يكي از مناطق زلزله خيز جهان همواره در طي ساليان گذشته در معرض زلزله هاي ويران كننده اي قرار داشته است. شرايط طبيعي و زمين شناسي ايران از نقطه نظر وقوع زلزله به طورجدي در دستوركار مهندسين و برنامه ريزان قرار گرفته است. با توجه به اينكه تونل هاي بسياري در مناطق زلزله خيز احداث شده و يا در دست ساخت قرار دارند، طراحي ايمن آنها در برابر زلزله از اهميت و جايگاه ويژه اي برخورداراست. بررسي دقيق پايداري لرزه اي تونلها از مسائل پيچيده در حوزه سازه ها است. تنوع خواص ديناميكي بدنه تونل و گوناگوني جنس و ضخامت خاک كه مي توانند در انتقال، تضعيف و تقويت امواج زلزله نقش اساسي داشته باشند، وجود يا عدم وجود گسل فعال در محدوده محور تونل، ويژگي هاي زلزله مانند فاصله مركز زلزله تا تونل، شدت و طول زمان وقوع زلزله، نوع و امتداد امواج رسيده به تونل و محتوي فركانسي امواج، همه از عواملي هستند كه درپاسخ ديناميكي تونل نقش به سزايي دارند.

به طور كلي تونلها، سازه هايي سه بعدي، عظيم، نا همگن، غيرايزوتروپ و غير ارتجاعي هستند كه در اندر كنش با شالوده و آب مخزن مي باشند. مدلهاي عددي كه بتوانند تمام عوامل فوق را در نظر بگيرند از پيچيدگي زيادي برخوردار خواهند بود. بسته به اينكه كدام يك از شرايط فوق به طور مشخص حاكم بر مسئله باشد مدل مي تواند آن پارامتر را ملحوظ نموده و به منظور يافتن رفتار واقعي تر تونل آنها را در نظر بگيرد. در سالهاي اخير پيشرفتهاي صورت گرفته در هر دو زمينه نرم افزار و سخت افزار كامپيوتر بسياري از اين مشكلات را خصوصا در زمينه مدل كردن هندسه سه بعدي بدنه تونلها و رفتار غير خطي و غير ارتجاعي خاك قابل حل نموده است. به همين نسبت پيشرفتهاي صورت گرفته در زمينه روشهاي آزمايشگاهي و صحرايي در ارزيابي خواص ديناميكي مصالح تونل و نتايج حاصل از آزمايش هاي ارتعاش اجباري تونلها و ثبت پاسخ تونلها در برابر زلزله هاي واقعي در جهت تصحيح و اعتبار بخشيدن به روشهاي عددي و تحليلي بسيار موثر بوده است.

 

1-2 بیان مسئله

با توجه به دامنه كاربرد تونلها در كشور لرزه خيز ايران، تحليل ديناميكي اين گونه تونلها از اهميت ويژه اي برخوردار است. روشهاي مختلفي تاكنون براي پيش بيني رفتار انواع مختلف تونلها توصيه و بكار رفته است. روش شبه استاتيكي كه بر مبناي تحليلهاي تعادل حدي قرار گرفته است، هر چند با كاربرد آسان و فرضيات ساده ايمني تونل را ارائه مي دهد، اما در كنار اين مزايا روش شبه استاتيكي، بعضاً مي تواند به نتايج بسيار بدبينانه نسبت به پايداري لرزه اي سازه منجر شود كه خود به ارائه طرحي غيراقتصادي ختم مي گردد.

امروزه با پيشرفت روزافزون و فراگيرشدن كامپيوتر، استفاده از روشهاي عددي در تحليل و طراحي تونلها در مقابل زلزله بمراتب از گذشته بيشتر شده است. انتخاب مدل رفتاري مناسب مهمترين فاكتور در آناليز با روشهاي اجزاي محدود يا تفاضل محدود تونلها، براي مدل كردن رفتار تنش  كرنش پوشش مي باشد. به دليل اينكه رفتار خاك الاستيك خطي نيست، استفاده از چنين مدلهايي مي تواند به نتايج غيرايمن و غير اقتصادي منجر شود. همچنين در حين ساخت تونل و بعد از آن مسيرهاي مختلفي از تنش همراه با دوران جهت تنشهاي اصلي در خاكريز رخ مي دهند كه در نتيجه مدلهاي الاستيك غيرخطي نيز قادر به در نظر گرفتن وابستگي رفتار به مسير تنش كه در اثر رفتار غيرارتجاعي خاك حادث مي شود، نمي باشند. در همين راستا سعي مي شود در اين تحقيق پاسخ ديناميكي تونلها با استفاده از مدلهاي الاستوپلاستيك تحليل شود. نرم افزار اصلي مورد استفاده PLAXIS V8.5 مي باشد كه در حال حاضر بصورت گسترده اي در مسائل مكانيك خاك مورد استفاده قرار مي گيرد.

 

1-3 هدف از تحقیق

تونلها از جمله سازه هاي ژئوتكنيكي هستند كه گسيختگي در آنها مي تواند منجر به خسارات جبران ناپذيري گردد، از اينرو در طراحي آنها لازم است تمام كنترلها و حساسيتهاي لازم بعمل آيد. يكي از اين موارد، كنترل پايداري تونل در طول زلزله و بعد از آن ميباشد. بررسي دقيق پايداري تونلها در برابر زلزله از پيچيده ترين مسايل در حوزه سازه ها است. علت اين مسئله اين است كه مجموعه معلومات و روابط بين آنها در تحليل اين مسئله بسيار متنوع و متفاوت است. با توجه به وسعت كاربرد تونلها و همچنين لرزه خيزي كشور ايران، برآورد ايمني لرزه اي تونلها نقش ارزنده اي دارد.

 

1-4- متدلوژی تحقیق

در اين تحقيق پاسخ غير خطي پوشش تونل های حفاری شده با دستگاه TBM در برابر زلزله با استفاده از مدل موهر-کلمب كه يك مدل الاستوپلاستيك مي باشد، بدست مي آيد. با استفاده از اين روش پاسخ دو بعدي تونل در حالت کرنشهای صفحه­ای در برابر زلزله محاسبه مي شود. براي انجام تحليل ها از روش اجزاء محدود (F.E.M) و با استفاده از نرم افزار PLAXIS 8.5 Professional استفاده خواهد شد. در اين نرم افزار معادلات ديناميكي حركت با انتگرال گيري به روش نيومارك حل مي شود. براي انجام مطالعات موردي از اطلاعات موجود در راهنمای نرم­افزار براي هندسه تونل و نوع و مشخصات مصالح آن استفاده مي شود.

تعداد صفحه :85

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  --