تحلیل استاتیکی اثر گودبرداری بر رفتار گروه شمع های مجاور تحت بار محوری

هدف از انجام این پژوهش و روش تحقیق یکی از موارد اصلی استفاده از شمع ها تحمل بار جانبی است که از طریق سازه به آن وارد می شود، از این رو مطالعات و تحقیقات فراوانی روی آن انجام گرفته است. همچنین در این باره در آیین نامه ها و کتب مهندسی پی نیز مباحثی مطرح شده و برای طراحی شمع در مقابل بار جانبی وارده روابطی ارائه شده است. از آن جمله می توان به روابط «هانسن» و «برومز» اشاره کرد. برای محاسبه ظرفیت باربری جانبی شمع، سختی جانبی خاک محاسبه شده و از طریق روش های تحلیل برای هر شمع ظرفیتی بدست می آید. موضوع این پژوهش بررسی رفتار شمع ها بر اثر ایجاد گودبرداری در کنار آنها است. طبیعتا با ایجاد گودبرداری در کنار یک گروه شمع سختی جانبی خاک نیز دستخوش تغییرات وسیعی می شود. حرکت جانبی خاک نیز باعث ایجاد نیروهای جانبی در طول شمع می گردد. با این وجود روابط اشاره شده فوق کارایی خود را برای محاسبه ظرفیت باربری جانبی خاک از دست می دهد، زیرا دو فرض ابتدایی این روابط از بین رفته است. یکی اینکه سختی جانبی خاک تغییرات نامشخصی می کند، و دیگر اینکه بارهای وارده از طرف سازه وارد نمی شود و در طول شمع از طرف خاک وارد می گردد. بارهای قائم در شمع از طریق اصطکاک یا چسبندگی جداره شمع یا از طریق اتکایی نوک شمع به خاک منتقل می شود. یکی از عوامل تعیین کننده برای مقاومت جداره شمع فشار محدود کننده خاک است. با ایجاد گودبرداری در نزدیکی شمع فشار محدود کننده در طول شمع دچار تغییر و کاهش می گردد. بنابراین ظرفیت باربری جداری شمع نیز کاهش می یابد که این موضوع باعث ایجاد تغییر شکل های افقی و عمودی در شمع می گردد. در این زمینه نیز ادامه قدرت تحلیل روابط موجود با مشکل مواجه می شود. در این پژوهش ابتدا به بررسی کارهای انجام شده در این زمینه پرداخته شده است. علاوه بر برخی روش های تحلیلی ارائه شده و مدلسازی های عددی، آزمایش هایی نیز در این رابطه انجام شده است. اکثر این آزمایش ها توسط سانتریفیوژ در ابعادی بسیار کوچک تر از ابعاد واقعی شمع ها انجام شده است. یکی از مشکلات در انجام چنین آزمایش های نیاز به امکانات و هزینه های بالای آن است. محدودیت های موجود در این آزمایش ها نیز باعث می شود در بسیاری از موارد عملی نتوان از آن ها استفاده نمود. در ادامه این پژوهش سعی شده است که روش مدلسازی رایانه ای به وسیله نرم افزار abaqus در مقایسه با نتایج آزمایش های سانتریفیوژ صحت سنجی شود، تا در صورت اثبات صحت این مدلسازی های عددی بتوان برای موارد دیگر نیز از روش مدلسازی رایانه ای بهره جست. پس از بررسی های مقایسه ای ، مدل های جدیدی از گروه شمع ها در کنار گودبرداری های عمیق ساخته شده و نتایج تغییر شکل و لنگر خمشی شمع های آن در ادامه آمده است. هدف از انجام این پروژه نشان دادن قدرت تحلیل عددی برای جایگزینی با روش های مکانیکی از جمله آزمایش سانتریفیوژ است. در این پژوهش از نرم افزار abaqus با بکارگیری روش اجزاء محدود استفاده شده است. ساختار این گزارش فصل اول، مقدمه، شامل توضیحاتی کلی در رابطه با پی و شمع است و پس از آن مختصری از هدف و روش کار در این پژوهش بیان شده است. فصل دوم، مطالعات انجام شده؛ که در این فصل مطالعات انجام شده توسط دیگران در زمینه گودبرداری در کنار شمع گردآوری و بررسی شده است. فصل سوم، معادلات ساختاری در حل مسائل ژئوتکنیک؛ تئوری پلاستیسیته، پاسخ الاستیک و مدل پلاستیسیته موهر کولمب به همراه برخی معادلات در این رابطه، در این فصل آمده است. در ادامه این فصل، توضیحاتی درباره مدلسازی در abaqus آمده است، که برخی خصوصیات المان ها و سایر مسایل مدلسازی در این نرم افزار بطور خلاصه در این فصل گردآوری شده است. فصل چهارم، مدل های عددی در مقایسه با آزمایش های سانتریفیوژ؛ که در این فصل برخی از مدلهای ساخته شده در آزمایش های سانتریفیوژ که مدل آن با ابعاد واقعی توسط نرم افزار abaqus ساخته و تحلیل شده است، بررسی و شرح داده شده و نتایج آن آمده است. فصل پنجم، مدل های عددی جدید و نتایج آن، در این فصل بررسی شده است. این مدل ها شامل یک گروه شمع بدون کلاهک با تعداد شمع زیاد در خاک تک لایه رس نرم است، که بصورت اصطکاکی عمل می کند و یک گروه شمع بدون کلاهک با شکل مشابه که در خاک 2 لایه با لایه زیرین ماسه سخت مدلسازی شده و بصورت اتکایی عمل می کند. پس از این دو مدل، 2 مدل مشابه با کلاهک نیز شبیه سازی شده است. به هر چهار مدل بار قائمی معادل یک ساختمان 20 طبقه وارد شده و پس از آن در کنار آن ها اجرای یک گودبرداری عمیق مدلسازی شده است. نتایج حاصل از بارگذاری و گودبرداری در کنار آن ها نیز در این فصل آمده است. فصل ششم، نتیجه گیری و پیشنهادات؛ در این فصل نتایج حاصل از این پژوهش جمع بندی شده و پیشنهاداتی ارائه گردیده است.