بهینه سازی ابعاد دیوار پرتال وزنی تونل‌ها با درنظر گرفتن اثر اصطکاک جانبی دیوار با جداره گالری و دیواره ترانشه

دیوارهای پرتال تونل‌ها در ابتدا و انتهای تونل و درست در دهانه گالری‌ها ساخته می‌شوند تا خاک روی گالری و طرفین آن را مهار کنند. آنچه تاکنون معمول بوده، استفاده از اصول طراحی دیوار حایل است. طراحی دیوار حایل وزنی با فرض نمای مقطع عرضی به پهنای یک متر (در امتداد طول دیوار) و بر اساس تئوری کرنش صفحه‌ای (طول بینهایت دیوار) انجام می‌شود. با توجه به هندسه دیوار پرتال تونل (با طول اندک) که در دو سوی خود به دیواره ترانشه و جداره گالری متصل است، مقدار قابل ملاحظه‌ای اصطکاک در جهت مقاوم برای سازه مورد بحث ایجاد می‌شود که به پایداری آن کمک می‌کند. اما الگوریتم کنونی طراحی دیوار حایل این واقعیت را درنظر نگرفته و در طراحی با این روش سازه‌هایی سنگین‌تر از حد نیاز طرح می‌شوند. در این مقاله سعی شده است تا با محاسبه نیروهای اصطکاکی یاد شده به روش تحلیلی، الگوریتمی تکامل یافته ارائه شود. نیروی‌های اصطکاکی به‌وجود آمده بر اساس عکس‌العمل سطح تماس دیوار پرتال با جداره گالری و ترانشه محاسبه شده‌اند. چون ضخامت دیوار از بالا به پایین افزایش می‌یابد، توزیع تنش و به دنبال آن توزیع نیرو تابعی غیر خطی از عمق خواهد بود بنابراین ابتدا معادله توزیع نیرو با کمک انتگرال‌گیری با متغیر عمق به‌دست آمده و بر اساس اصول استاتیکی، مکان اعمال نیرو مشخص گشته و در نهایت طراحی دیوار با اصول تعادل حدی و ارضای ضرایب اطمینان در لغزش، واژگونی و ظرفیت باربری، انجام شد. به‌منظور بررسی میزان اثر این نیروها در بهینه کردن طرح نهایی دیوار پرتال، محاسبات برای سه ارتفاع 6، 5/7 و 5/9 متری انجام شدند. برای دیوارهای به ارتفاع 6 تا 5/9 متری و با اعمال شتاب زلزله g2/0، طرح جدید بین 36 تا 52 درصد سبک‌تر از روش معمول خواهد بود.