اثرات روانگرایی خاک بر پاسخ دینامیکی پی های شمعی و رفتار اندرکنشی شمع- خاک - روسازه

پیش بینی روانگرایی و جابجایی¬های ناشی از آن یکی از مهمترین عواملی است که در مورد سازه¬های قرار گرفته در مناطق با لرزه¬خیزی متوسط تا زیاد باید به آن پرداخته شود. در سازه¬های با اهمیت زیاد که تغییر مکان¬های زیاد زمین و دیگر ناپایداری¬های ژئوتکنیکی در آن موجب خسارت های جبران ناپذیر جانی و مالی می¬شود، این مسأله بسیار حائز اهمیت است. مطالعات گذشته حاکی از آن است که جابجایی¬های زمین ناشی از روانگرایی خاک در طول زلزله¬های گذشته باعث وارد شدن خسارات عمده¬ای به سازه های واقع بر پی¬های شمعی شده است. عمدتاً پی¬های شمعی با هدف انتقال بار عمودی سازه ها به بستر متراکم طراحی می¬شوند، بنابراین شمع¬ها در برابر بارهای جانبی مانند نیروهای ناشی از ارتعاش خاک هنگام زلزله، نسبتا آسیب پذیر هستند. شمع¬ها ستون¬های لاغری هستند که به صورت جانبی متکی به خاک پیرامون خود می?باشند. با وقوع روانگرایی، مقاومت و سختی خاک در طول زمان در اثر رفتار غیرخطی خاک و افزایش فشار آب حفره ای، کاهش می¬یابد. خاک روان شده مانند یک سیال ویسکوز عمل می¬کند بنابراین تغییر شکل¬های خاک به صورت قابل ملاحظه¬ای افزایش می¬یابد. این پدیده باعث از بین رفتن تکیه گاه جانبی شمع¬ها و بروز ناپایداری شمع¬ها در چنین خاک¬هایی می شود. رفتار لرزه¬ای شمع¬ها در هنگام وقوع روانگرایی یک پدیده¬ی اندرکنشی بین خاک، شمع و روسازه می¬باشد. بارهای سینماتیکی ناشی از ارتعاش زمین و تغییر مکان¬های جانبی آن، و بارهای اینرسی ناشی از روسازه می تواند موجب اعمال نیروهای خیلی بزرگ به پی¬های شمعی شود. نحوه ی عملکرد شمع¬ها در هنگام وقوع زلزله یکی از عوامل اصلی تاثیرگذار بر پاسخ لرزه¬ای سازه ها می¬باشد. از اینرو طراحی نامناسب و غیر ایمن میتواند منجر به شکست شمع¬ها و ایجاد خسارات شدید در سازه ها شود. در این پایان نامه پاسخ دینامیکی شمع¬ها به هنگام ایجاد روانگرایی در خاک، با استفاده از تحلیل دینامیکی غیرخطی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در این راستا با استفاده از نرم افزار flac بر پایه ی روش تفاضل محدود، محیط پیوسته¬ی متشکل از لایه های خاک، شمع و سازه¬ی روی آن به صورت دو بعدی مدل¬سازی می¬شود. به منظور صحت سنجی مدل عددی به کار رفته و ارزیابی قابلیت اطمینان آن، یک مدل آزمایش میز لرزه که در آن رفتار لرزه¬ای شمع در خاک روانگرا بررسی شده است، مدل¬سازی گردیده و نتایج مدل¬سازی با اندازه¬گیری¬های آزمایشگاهی مقایسه شده است. پس از اطمینان از صحت نتایج مدل عددی، این مدل برای انجام مطالعه ی پارامتریک به کار گرفته شده و اثرات پارامترهای متعدد بر پاسخ دینامیکی شمع در خاک روانگرا مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. در این راستا سه نوع پروفیل مختلف خاک در نظر گرفته شده است. پارامترهای مهم مورد بررسی شامل اثر طول شمع، تراکم نسبی خاک، شرایط گیرداری سرشمع، ضخامت و چیدمان لایه های خاک (روانگرا و غیر روانگرا)، و خصوصیات بار لرزه¬ای می¬باشد. اندرکنش اینرسی شمع، خاک و سازه نیز با برسی اثرات بارهای اینرسی ناشی از روسازه، در نظر گرفته شده است. علاوه بر این، اثر فاصله¬ی شمع¬های مجاور تحت عنوان "اثر سایه "، برای حالت گروه شمع (دوبعدی)، مطالعه شده است. نتایج مطالعه¬ی پارامتریک صورت گرفته در این پایان نامه، نگرش روشن¬تری را از رفتار دینامیکی شمع¬ها در خاک-های روانگرا فراهم می¬سازد و برخی از پارامترها به عنوان پارامترهای کلیدی شناخته می¬شود.