منبع تحقیق : پایان نامه ارشد رشته عمران گرایش سازه:تعیین فواصل بهینه کابل‌ها در سدهای بتنی وزنی پس‌تنیده

پايان نامه

جهت اخذ كارشناسي ارشد

 

رشته :مهندسی عمران-‌ سازه

 

تعیین فواصل بهینه کابل‌ها در سدهای بتنی وزنی پس‌تنیده

 

استاد راهنما : دکتر بهرام نوائی‌نیا

استاد مشاور: دکتر لیلا کلانی ساروکلائی

 

 

(زمستان92)

 

بخش هایی از متن پایان نامه :

چکیده

سدها به دلیل کاربرد زیاد و تأثیرگذاری وسیع غیر از بناهای بسیار مهم تلقی می­شوند. با پيشرفت علوم مهندسی در تحليل سازه سد، سعي بر ساخت سدهايی با ابعاد بهينه، اقتصادی و ايمن شده می باشد. بدلیل قدمت بعضی سدهای ساخته شده از یک ­طرف و بالارفتن استانداردهای ایمنی، داشتن برنامه‌های مختلف و وسیع نوسازی و مقاوم‌سازی از طرف دیگر لزوم ارزیابی ایمنی این سازه­ها را ضروری می­نماید. تكنيك پس‌تنیدگی يكی از راهكارهای مقاوم‌سازی در سدها می‌باشد که در این‌صورت لزوم تعیین فاصله بهینه بین کابل‌های پس‌تنیده اجتناب‌ناپذیر می‌باشد. در این پژوهش پاسخ سیستم سد-پی-مخزن در حالت پس‌تنیده و بدون پس‌تنیدگی با مدل‌سازی به روش اجزای محدود براساس فرمول‌بندی لاگرانژی-لاگرانژی سیستم سد-پی-مخزن و نیز مدل‌سازی کابل، تحت اثر زلزله مورد مطالعه قرار گرفته می باشد. بدین مقصود از نرم افزار Ansys جهت تحلیل دینامیکی سیستم مورد مطالعه با فرض رفتار خطی مصالح بهره گیری شده می باشد. نتایج بدست آمده از انجام تحلیل دینامیکی حاکی از آن می باشد که پاسخ‌ها در حالت پس‌تنیده از حال بدون ‌پس‌تنیده کمتر می باشد. نتایج همچنین نشان می‌دهد که فاصله بهینه کابل‌ها ارتباط مستقیم با شیب پایین‌دست سد دارد.

کلمات کلیدی: سد بتنی وزنی، اندرکنش سد-مخزن، مخزن، کابل، روش لاگرانژی، بهینه کردن، پس‌تنیده کردن

 

 

 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                           صفحه

فصل اول – مقدمه و کلیات پژوهش.. 1

1-1- مقدمه. 2

1-2- اظهار مسأله. 2

1-3- اهداف پژوهش. 4

1-4- تعریف. 5

1-5- فرضیات پژوهش. 6

1-6- نوآوری‌های پژوهش. 6

1-7- ساختار پایان‌نامه. 6

 

فصل دوم – ادبیات و پیشینه پژوهش. 8

2-1- مقدمه. 9

2-2- روشهای تحلیلی. 9

2-2- 1-تحليل مدل سد-مخزن بدون در نظر گرفتن اثر اندر کنش  10

2-2- 1-1-بررسي روش وسترگارد. 12

2-2-2- حل چوپرا. 13

2-2-3- اثر اندرکنش سد و مخزن. 14

2-3-روش‌های عددی. 14

2-3-1- روش اويلري-لاگرانژي. 15

2-3-2- روش لاگرانژي- لاگرانژي. 15

2-3-3- ارزیابی روش‌های اویلری و لاگرانژی در مدل‌سازی مخزن  16

2-4- توسعه و کاربرد پیش تنیدگی. 18

2-4-1- اصول پیش‌تنیدگی. 19

2-4-1- 1-روش پیش کشیدگی. 20

2-4-1-2- روش پس کشیدگی. 20

2-4-2- توسعه روش پس کشیدگی. 20

2-4-2-1- سیستم چسبنده. 21

2-4-2-2- سیستم غیر چسبیده. 22

2-5- پس تنيدگي در سدها. 23

2-5-1- مقدمه. 23

2-5-2- مواد پس تنیدگی. 24

2-5-3- فواصل کابل‌ها. 25

2-5-4- صرفه‌جویی در حجم بتن. 26

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

2-5-5- تعيين مقدار نيروي پس تنيدگي در كابل‌ها. 26

2-5-6- پس تنيدگي در سدهاي بتني وزني. 29

2-5-7- مطالعه پس تنيدگي در سدهاي بتني وزني توسط محققین  36

 

فصل سوم – روش پژوهش. 40

3-1- مقدمه. 41

3-2- روش‌های عددی برای تحلیل دینامیکی. 42

3-2- 1- ارزیابی روش‌های تحلیل دینامیکی. 43

3-2-2- مدل‌سازي زلزله جهت انجام تحليل ديناميكي در نرم‌افزار Ansys…….. 44

3-2-2- 1-روش نيومارک. 45

3-3-مدل‌سازی سیستم سازه و سیال به روش اجزای محدود مبتنی بر نرم‌افزار Ansys 47

3-3-1- مقدمه. 47

3-3-2- مدل‌سازی محیط مخزن به روش اجزای محدود. 48

3-3-2-1- المان‌های سیال متکی بر تغییر مکان. 49

3-3- 2-2-Fluid80. 50

3-3-3- مدل‌سازی سازه سد به روش اجزای محدود. 52

3-3-3-1- المان Solid65. 52

3-3-3-2- رفتار المان Solid65 در حالت کلی. 54

3-3-3-3- رفتار خطی بتن. 55

3-3- 4- مدل‌سازی کابل‌ها با المان Link10. 55

3-3-5- مدل‌سازی صفحه سر کابل با المان Shell181. 56

3-3-6- مدل‌سازی اندرکنش مخزن و سازه به روش اجزای محدود  57

3-3-6-1– مدل سازی اندرکنش مخزن و سیال به روش لاگرانژی  58

3-3-7- مدل‌سازی اندرکنش سد و کابل‌های پس تنیدگی. 58

3-4- مدل‌سازی اثر نیروی پس تنیدگی در Ansys 58

3-5- تعیین سطح مقطع کابل. 59

 

فصل چهارم – تحلیل عددی و ارائه نتایج. 61

4-1- مقدمه. 62

4-2- شتاب نگاشت‌ها. 62

4-3- کنترل صحت مدل‌سازی. 64

4-3-1- روش مدل‌سازی…….. 65

4-3-2- تغییر مکان هیدروستاتیک در مخزن. 65

4-3-3- فشار هیدروستاتیک در مخزن. 67

4-3-4- مطالعه تأثیر عرض کف در تحلیل استاتیکی. 67

4-3-4-1- سیستم سد-پی. 68

4-3-4-2- سیستم سد-پی-مخزن-کابل. 69

4-3-5- ارتعاش سد هارمونیک. 70

4-3-6- واکاوی سد Pine Flat…….. 71

4-3-6-1- مشخصات هندسی و فرضیات در نظر گرفته شده برای سد Pine Flat 72

4-3-6- 2- واکاوی مودال و تعیین ضرایب میرایی سیستم سد-پی-مخزن  72

4-3-6-3- واکاوی دینامیکی سد Pine Flat 73

4-4- نتایج تحلیل دینامیکی مدل سد پس‌تنیده تحت اثر زلزله  75

4-4-1- اثر پس‌تنیدگی بر تغییر مکان افقی تاج سد به روش اعمال نیروی ترکیبی…….. 75

4-4-2- اثر پس‌تنیدگی بر تغییر مکان افقی تاج سد به روش اعمال دما  81

4-4-3- اثر میزان حجم مخزن بر تغییر مکان افقی تاج سد. 88

4-4- 4- مطالعه تاثیر پس‌تنیدگی بر تنش کششی و تغییر مکان در سد  90

4-5- فاصله مناسب کابل‌ها در سد پس‌تنیده. 97

4-5- 1-روش استفاه از چند کابل در تعیین فاصله مناسب. 97

4-5-2- روش بهره گیری از یک کابل در تعیین فاصله مناسب…….  102

 

فصل پنجم – نتیجه گیری. 110

5- 1- مقدمه. 111

5-2- نتایج…….. 111

5-3- پیشنهادات……. 113

 

منابع:. 114

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جداول

عنوان                                                                                                          صفحه

جدول 4-1- مشخصات مصالح سد بتنی وزنی پس‌تنیده در تحلیل خطی  64

جدول 4-2- پریود و فرکانس ارتعاش آزاد سیستم سد-پی-مخزن  73

جدول 4-3- میزان نیروی پس‌تنیدگی وارد شده به کابل و صفحه (MN)  75

جدول 4-4- پاسخ افقی تاج سد تحت شیب‌های پایین‌دست مختلف در زلزله Taft 80

جدول 4-5- پاسخ افقی تاج سد تحت شیب‌های پایین‌دست مختلف در زلزله Elcentro 80

جدول 4-6- پاسخ افقی تاج سد تحت شیب‌های پایین‌دست مختلف در زلزله Taft 86

جدول 4-7- پاسخ افقی تاج سد تحت شیب‌های پایین‌دست مختلف در زلزله Elcentro. 86

جدول 4-8- نتایج تغییر مکان افقی تاج سد پس‌تنیده به روش ترکیبی(cm)  87

جدول 4-9- نتایج تغییر مکان افقی تاج سد پس‌تنیده به روش اعمال دما(cm). 87

جدول 4-10- پاسخ افقی تاج سد تحت ارتفاع‌های مختلف مخزن در زلزله Taft 89

جدول 4-11-پاسخ افقی تاج سد تحت ارتفاع‌های مختلف مخزن در زلزله Elcentro 89

جدول 4-12- میزان نیروی پس‌تنیدگی وارد شده به کابل و صفحه  90

جدول 4-13- حداکثر تنش کششی (kPa) تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 95

جدول 4-14- حداکثر تغییر مکان افقی تاج سد (cm) تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 95

جدول 4-15- حداکثر تنش کششی (kPa) تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro 96

جدول4-16- حداکثر تغییر مکان افقی تاج سد (cm) تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 96

جدول 4-17- حداکثر تنش کششی در شیب‌های پایین دست 55/0 و 6/0 تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 103

جدول 4-18- حداکثر تنش کششی در شیب‌های پایین دست 65/0 و 7/0 تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 104

جدول 4-19- حداکثر تنش کششی در شیب‌های پایین دست 55/0 و 6/0 تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 105

جدول 4-20- حداکثر تنش کششی در شیب‌های پایین دست 65/0 و 7/0 تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro . 106

جدول 4-21- درصد کاهش تنش کششی و تغییر مکان افقی در شیب‌های پایین دست مختلف تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 107

جدول 4-22- درصد کاهش تنش کششی و تغییر مکان افقی در شیب‌های پایین دست مختلف تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 108

 

 

 

فهرست اشکال

عنوان                                                                                                           صفحه

شکل 1-1- مدل سد-پی-مخزن-کابل سد بتنی وزنی پس‌تنیده. 5

شکل 2-1- مدل سد و مخزن مورد بهره گیری وسترگارد. 11

شکل 2-2- تغییرات فشار سهموی وسترگارد. 12

شکل 2-3- کابل‌های پس‌تنیدگی. 25

شکل 2-4- سد بتنی وزنی پس‌تنیده. 27

شکل 2-5- سدهای مقاوم‌سازی شده. 31

شکل 2-6- سدهای مورد مطالعه. 33

شکل 2-7- رشته‌های کابل مورد بهره گیری در سد منجیل جهت پس‌تنیده کردن. 33

شکل 2-8- نصب کابل‌های پس‌تنیده بر روی سد Ink. 35

شکل 2-9- مقطع سد بهسازی شده Ink. 36

شکل 3-1- ارتباط فشار و کرنش حجمی در آب. 49

شکل 3-2- مشخصات هندسی المان Fluid80. 51

شکل 3-3- المان بتن Solid 65. 52

شکل 3-4- هندسه ترک و تنش‌ها. 53

شکل 3-5- المان Link10. 56

شکل 3-6- المان Shell181. 57

شکل 3-7- نمودار تنش-کرنش فولاد پر مقاومت. 60

شکل 4-1- به ترتیب شتاب نگاشت مؤلفه افقی زلزله Taft ؛ شتاب نگاشت مؤلفه قائم زلزله Taft ؛ شتاب نگاشت مؤلفه افقی زلزله Elcentro ؛ شتاب نگاشت مؤلفه قائم زلزله Elcentro. 63

شکل 4-2- مدل اجزای محدود سیستم سد-پی-مخزن. 66

شکل 4-3- مقایسه نتایج تغییر مکان تئوری و نرم‌افزار Ansys سیال مخزن در سیستم سد-پی-مخزن. 66

شکل 4-4- مقایسه فشار هیدرودینامیکی مخزن و Ansys سیال مخزن در سیستم سد-پی-مخزن. 67

شکل 4-5- مقایسه تنش قائم کف سد در حالت تئوری و نرم‌افزار Ansys در سیستم سد-پی با عرض کف 50 متر. 68

شکل 4-6- مقایسه تنش قائم کف سد در حالت تئوری و نرم‌افزار Ansys در سیستم سد-پی با عرض کف 70 متر. 69

شکل 4-7- مقایسه تنش قائم در کف سد در حالت تئوری و نرم‌افزار Ansys در سیستم سد-پی-مخزن-کابل با عرض کف سد 50 متر. 69

شکل4-8- مقایسه تنش قائم در کف سد در حالت تئوری و نرم‌افزار Ansys در سیستم سد-پی-مخزن-کابل با عرض کف سد 70 متر. 70

شکل4-9- پاسخ فشار در المان پاشنه سد صلب تحت مؤلفه افقی شتاب هارمونیک. 71

شکل4-10- مقطع هندسی مدل سد Pine Flat 72

شکل4-11- مدل اجزای محدود سیستم سد-پی-مخزن Pine Flat 74

شکل4-12- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat با در نظر گرفتن پی انعطاف‌پذیر تحت شتاب نگاشت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 74

شکل4-13- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 78/0 m= . 76

شکل 4-14- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 7/0 m=. 77

شکل 4-15- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 65/0 m=. 78

شکل4-16- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 6/0 m=. 79

شکل4-17- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 65/0 m=. 82

شکل4-18- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 7/0 m=. 83

شکل4-19- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 65/0 m=. 84

شکل4-20- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 6/0 m=. 85

شکل4-21- مقایسه میانگین تغییر مکان افقی تاج سد در شیب‌های پایین‌دست مختلف به دو روش ترکیبی و اعمال دما. 88

شکل 4-22- به ترتیب تنش قاتم در پاشنه سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft و تغییر مکان افقی تاج سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft در 7/0m=. 91

شکل 4-23- به ترتیب تنش قاتم در پاشنه سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft و تغییر مکان افقی تاج سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft در 65/0m=. 92

شکل 4-24- به ترتیب تنش قاتم در پاشنه سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft و تغییر مکان افقی تاج سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft در 6/0m=. 93

شکل 4-25- به ترتیب تنش قاتم در پاشنه سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft و تغییر مکان افقی تاج سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft در 55/0m=. 94

شکل 4-26- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 7/0 m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله  Taft 98

شکل 4-27- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 65/0m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 98

شکل 4-28- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 6/0 m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله  Taft 99

شکل 4-29- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 55/0 m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 99

شکل 4-30- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 7/0 m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 100

شکل 4-31- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 65/0m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 100

شکل 4-32- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 6/0m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 101

شکل 4-33- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 55/0m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 101

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل اولمقدمه و کلیات پژوهش

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-1- مقدمه

از آنجا که آب مايه‌ی حيات در زندگی بشر می‌باشد، جهت ذخيره‌سازی برای بهره گیری بهينه از آن روش‌های مختلفی بكار گرفته می گردد كه ساخت سد مانند مهم‌ترين ابزار جهت ذخيره آن بشمار می‌رود. سدها در جوامع صنعتی بناهای مهمی محسوب می شوند زیرا که علاوه بر ذخيره آب، مصرف شرب و کشاورزی، جهت توليد انرژی نیز از آن می‌توان بهره گیری نمود.

در ابتدای صنعت سدسازی، سد‌ها كوچك بوده که با پيشرفت علم و تكنولوژی‌، سدها بزرگ و حجم مخزن پشت سد نيز افزايش يافته می باشد پس تخريب سدهای بزرگ در زمان زلزله مي‌تواند موجب خسارات عظيمی به مناطق پایین‌دست سد گردد لذا با پيشرفت علوم مهندسی در تحليل سازه سد، سعي بر ساخت سدهايی با ابعاد بهينه، اقتصادی و ايمن شده می باشد. از طرفی بالا رفتن عمر سدها می­تواند موجب کاهش عملکرد مناسب آنها گردد ضمن اینکه با بالا رفتن استانداردهای ایمنی، داشتن برنامه‌های مختلف و وسیع نوسازی و مقاوم‌سازی ضرورت ارزیابی ایمنی این سازه­ها اجتناب ناپذیر می­گردد.

1-2- اظهار مسئله

سدهای بتنی وزنی به دليل ساختمان ساده، سهولت در ساخت، ايمنی، در هر ارتفاع دلخواه و در شرايط مختلف طبيعی مانند در شرايط سخت زمستانی به گونه وسيعی در دنيا مورد توجه قرار گرفته‌اند. سدهای بتنی وزنی در محل‌هایی که دارای پی مستحکم باشند، احداث می شوند. در سدهای بتنی وزنی عمده پایداری سد ناشی از وزن سد بوده و ممکن می باشد درصدی از وزن آب نیز به مقصود افزایش پایداری کمک گرفته گردد. نام سدهای وزنی از كلمه Gravity به معنی ثقل و سنگينی گرفته شده می باشد كه دليل آن نيز مقاومت و پايداری اين نوع سدها در برابر نيروهای اصلی مؤثر، يعنی فشار افقی آب در اثر وزن سازه می‌باشد.

امروزه با در نظر داشتن پيشرفت علوم در طراحی سازه سد و به دليل نياز به افزايش ارتفاع در بعضی از سدها يا عدم مقاومت كافی بعضی سدهای بتنی وزنی در برابر نيروهای مختلف مانند نيروی زلزله و نيروی زير فشار لزوم مقاوم‌سازی اين سازه‌ها اجتناب‌ناپذير می‌باشد. همچنین بسیاری از سدهای قدیمی موجود براساس ضوابط قدیمی تحلیل و طراحی گردیده‌اند که با در نظر داشتن محدودیت‌های تغییر ضوابط آیین‌نامه، ضرورت بازنگری در سدهای بتنی موجود اجتناب‌ناپذیر می‌باشد که در این بین ممکن می باشد بعضی سدها ضوابط آیین‌نامه را اقنا ننموده و نیاز به ترمیم و یا بهسازی داشته باشند. این ترمیم و یا بهسازی می‌تواند با بهره گیری از کابل پس‌تنیده صورت بگیرد. تكنيك پس تنیدگی يكی از راهكارهای مقاوم‌سازی جهت كاهش زيرفشار و حذف تنش‌های كششی در سدها می‌باشد که در این‌صورت لزوم تعیین فاصله بهینه بین کابل‌های پس‌تنیده اجتناب‌ناپذیر می‌باشد.

روش‌های گوناگونی جهت تحلیل این سازه ارائه شده که به گونه عمده این روش‌ها را می­توان به دو دسته تحلیلی و عددی تقسیم نمود.

در روش تحلیلی اساس حل بر روابط منطقی و دقیق می‌باشد، به‌طوری‌که با تعیین معادله حاکم بر رفتار سد و مخزن، این معادله را می‌توان با روابط ریاضی به گونه مستقیم حل نمود. این روش اولین بار در سال 1933 میلادی توسط وسترگارد[1] [40] مطرح گردید که با ارائه روش جرم افزوده نگاه جدیدی از درک هیدرودینامیکی وارد برسد ارائه نمود.

پس از وسترگارد ، چوپرا[2] [14] و محققین دیگر روش‌های مختلفی را جهت حل تحلیلی معادلات حاکم بر سد و مخزن ارائه نمودند، که به آن پرداخته می گردد.

حل دقیق وسترگارد و حتی محققین بعد از آن همراه با فرض‌های ساده شونده‌ای بود، که در صورت عدم در نظر گرفتن آنها و اعمال شرایط حقیقی به ویژه در هنگام اعمال نیروی زلزله، مسئله را بسیار پیچیده و غیرقابل حل می‌نمود. با در نظر داشتن پیچیدگی روش حل تحلیلی تحت شرایط حقیقی و یا پیشرفت تکنولوژی ، محققین روش‌های عددی را جهت حل این مسئله مورد مطالعه قرار دادند. این روش‌ها با حجم عملیاتی بالا متکی بر سرعت کامپیوترها در انجام حل تکراری یک الگوریتم مشخص می‌باشند.

تحلیل سدها به روش عددی با در نظر داشتن وجود سیال به‌عنوان محیط مخزن، برخلاف سازه‌های معمول دارای پیچیدگی‌های خاصی می باشد. روش‌های مختلفی جهت مدل ریاضی سیال ارائه شده می باشد که می‌توان این روش‌ها را به سه گروه عمده تقسیم نمود: روش اول جرم افزوده می باشد که در این روش سیال به‌صورت یک جرم اضافی به بدنه سد اضافه شده و همراه با سد ارتعاش می کند. روش دوم ، روش اویلری می باشد که در این روش به مطالعه تاریخچه زمانی متغیر یک نقطه پرداخته می گردد. روش سوم، روش لاگرانژی می باشد که به مطالعه متغیر مشخص در نقاط دلخواه می‌پردازد.

1-3- اهداف پژوهش

هدف از این پژوهش تحلیل سدهای بتنی وزنی پس‌تنیده و بدون پس‌تنیدگی و تعیین فاصله مناسب کابل‌های پس‌تنیده با در نظر داشتن شیب پایین‌دست می‌باشد. بر این اساس با در نظر داشتن شیب پایین‌دست سد فاصله و اندازه کابل‌ها را تغییر داده تا به ازای آن حجم بتن‌ریزی و نیز طول کابل مصرفی به حداقل مقدار خود برسد.

در این پژوهش پاسخ سیستم سد-پی-مخزن در حالت پس تنیده و بدون پس‌تنیدگی با مدل‌سازی به روش اجزا محدود براساس فرمول‌بندی لاگرانژی-لاگرانژ ی سیستم سد-پی-مخزن و نیز مدل‌سازی کابل تحت اثر زلزله مورد مطالعه قرار گرفته می باشد. بدین مقصود از نرم افزار Ansys که داراي قابليت مدل‌سازی و گرافيكی بالائی می‌باشد جهت تحلیل دینامیکی سیستم مورد مطالعه با فرض رفتار خطی مصالح بهره گیری و نتايج حاصل از تحليل ديناميكی خطی سيستم در حالات مختلف مورد مطالعه قرار گرفته می باشد.

1-4- تعریف

در این پژوهش به جهت شناخت سیستم سد-پی-مخزن-کابل، نامگذاری بخش های یک سد بتنی وزنی مطابق شکل 1-1 می باشد.

شکل1- 1- مدل سد-پی-مخزن-کابل سد بتنی وزنی پس‌تنیده

1-5- فرضيات

فرضیات مورد بهره گیری در این پژوهش به توضیح ذیل می باشند:

  • رفتار مصالح سد و مخزن اعم از بتن، آب و كابل ايزوتروپ، همگن و خطی می‌باشد.
  • تغییر شکل‌ها کوچک می باشد.
  • اثر زلزله بر كل سيستم سد و مخزن به‌صورت يكنواخت می‌باشد.

1-6- نوآوری‌های پژوهش

  • ارائه یک مدل نرم‌افزاری ترکیبی از سد بتنی وزنی به همراه کابل‌های پس‌تنیده با صفحه فولادی.
  • مدل‌سازی پس‌تنیدگی با روش اعمال دما.
  • تحلیل مدل سه بعدی سد بتنی وزنی با عرض نسبتاً واقعی.
  • ارائه حدود فاصله مناسب کابل‌های پس‌تنیدگی برای بهسازی و مقاوم‌سازی سدهای بتنی وزنی پس‌تنیده.

1-7- ساختار كلی پایان‌نامه:

اين پايان‌نامه در پنج فصل تهيه گرديده می باشد كه به گونه اختصار به توضیح زير می‌باشند:

  • در فصل اول مقدمه‌ای بر لزوم انجام و کلیاتی از کارهای انجام شده، ارائه می گردد.
  • در فصل دوم با در نظر گرفتن شرایط مسئله، معادلات حاکم بر مسئله معرفی و سپس اختصار‌ای از مطالعات و کارهای انجام شده توسط سایر محققین ارائه می گردد.
  • در فصل سوم فرمول‌بندی ریاضی سیستم سد-پی- مخزن با احتساب اندرکنش و روش‌های حل دستگاه معادلات دینامیکی با بهره گیری از روش اجزای محدود معرفی و نیز چگونگی محاسبه کابل‌های پس‌تنیدگی و مدل‌سازی آن در روش اجزا محدود در تحلیل استاتیکی و دینامیکی ارائه می گردد.
  • در فصل چهارم آغاز صحت مدل‌سازی کامپیوتری مورد مطالعه قرار گرفته و سپس نتایج تحلیل سیستم سد-پی-مخزن در حالت پس‌تنیده با قرارگیری کابل‌ها در نقاط مختلف و تغییر شیب پایین‌دست سد مطالعه می گردد.
  • در فصل پنجم نتیجه‌گیری و پیشنهاد‌هایی برای ادامه کار ارائه می گردد.

 

 

 

 

 

فصل دوم ادبیات موضوع و پیشینه پژوهش

 

 

 

 

 

2-1- مقدمه

با در نظر داشتن اهمیت سازه سد و آسیب پذیر بودن این سازه لزوم مقاومت این سازه در برابر نیروهای اعمالی امری اجتناب ناپذیر می باشد. سدها بایستی در برابر نیروهای اعمالی به آن مانند نیروهای استاتیکی نظیر زیرفشار، فشار مخزن، و تنش‌های وارده ناشی از بارهای ثقلی و نیروهای دینامیکی نظیر زلزله و سیلاب و … مقاومت کافی داشته باشند. مدل سیستم سد-پی-مخزن با در نظر گرفتن نیروهای وارده همواره توسط محققین زیادی مورد تحلیل و مطالعه قرار گرفته می باشد. به‌طوریکه در آغاز با روش‌های تحلیلی و در نظر گرفتن فرضیات ساده شونده زیاد و سپس با روشهای عددی مبادرت به حل مدل سد نمودند. در این فصل در آغاز نگاهی گذرا به روشهای تحلیلی و عددی در حل سیستم سد-پی-مخزن خواهیم داشت. سپس تعریف و تاریخچه و کاربرد روش پس‌تنیدگی در مقاوم‌سازی و بهسازی سدها ارائه می گردد و نتایج محققین در این زمینه اظهار می گردد.

2-2- روش‌های تحليلی

روش‌های تحليلي اولين روش‌هايي بودند كه محققین براي حل مسئله تحليل سد و مخزن تحت اثر زلزله بكار بردند. در اين نوع روش‌ها، در آغاز طبق فرضيات مصالح، معادلات حاكم و شرايط مرزي مسئله اظهار و سپس مستقیماً معادلات ديفرانسيل مربوطه حل می گردد.

 

به دليل پيچيدگي زياد حل این‌گونه معادلات، براي مسائل با شكل هندسي و يا شرايط مرزي پيچيده، اين روش قابل‌بهره گیری نیست ولي براي مسائل ساده پاسخ‌هايي توسط محققين مختلف به‌دست آمده می باشد.

جواب‌های حاصل از اين روش‌ها، به دليل سهولت در بهره گیری براي تحليل تقريبي سدها و طراحي اوليه آنها، ابزاري بسيار مناسب و كاربردي می‌باشند. در ادامه اختصار‌اي از اين روش‌ها ارائه خواهد گردید.

2-2-1- تحليل مدل سد-مخزن بدون در نظر گرفتن اثر اندر کنش

اولين راه ‌حل جهت تحليل سد تحت اثر زلزله توسط وسترگارد ]40[ در سال 1933 ميلادی مطرح گرديد. فرضياتی كه وسترگارد، با در نظر داشتن شکل 2-1 در نظر گرفت به توضیح زير می‌باشد:

  • رفتار سيستم دو بعدی می باشد.
  • سد صلب می‌باشد.
  • كف مخزن افقی و صلب می‌باشد.
  • طول مخزن در جهت بالادست تا بی‌نهایت ادامه دارد.
  • سيال غير چرخشی می‌باشد.
  • دانسيته آب ثابت می باشد.
  • شتاب زمين افقی و هارمونيك برابر می‌باشد كه در آن:

ضريب زلزله و g شتاب ثقل زمين و T زمان تناوب تحريك می‌باشند.

  • تغيير شكل‌ها كوچك در نظر گرفته شده می باشد.
  • آب تراكم پذير خطي می باشد.
h
y

 

x

10-اثر امواج سطحی در نظر گرفته نمی‌گردد.

 

 

 

 

شكل 2-1- مدل سد و مخزن مورد بهره گیری وسترگارد

از طرفی معادله حاکم بر محیط مخزن را می‌توان بصورت ارتباط 2-1 اظهار نمود که معادله موج در محیط دو بعدی می‌باشد ]40[.

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

(2-1)

که در ارتباط فوق P فشار هيدروديناميك و C سرعت انتشار امواج در‌آب می‌باشد.

وسترگارد براساس فرضیات خود شرایط مرزی زیر را برای معادله فوق اعمال نمود:

در y=0

(2-2)                                                      در y=h

                            در x=0

       در بالادست مخزن

 

وسترگارد با حل معادله ديفرانسيل حاكم و با در نظر گرفتن شرايط مرزی پاسخ زير را براي فشار هيدروديناميك مخزن تحت اثر شتاب هارمونيك به‌دست آورد:

(2-3) y)

پارامترهاي Cn و qn از روابط 2-4 و 2-5 به‌دست می‌آيند.

(2-4)

[1] Westergard

[2] Chopra

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

تعداد صفحه :134