پایان نامه تحلیل پایداری لرزهای سدهای وزنی بتنی ترک خورده

پایان نامه تحلیل پایداری لرزهای سدهای وزنی بتنی ترک خورده

چکیده :

سد یکی از زیرساخت های مهم هر کشوری است .میدانیم که از جمله اثرات زلزله درسدها ایجاد ترک در آنهاست که میتواند خطرناک باشد.بطوریکه پایداری سد را به خطر بیندازد.درپژوهش حاضر هدف بررسی رفتار سد بتنی وزنی ترکخورده تحت اثر زلزله میباشد.در این پژوهش سد کوینا مدل شده است و برای بدست آوردن طول ترک با استفاده از تحلیل استاتیکی ابتدا یک طولی برای ترک در پاشنه سد فرض شده و افزایش طول ترک تا جایی در نظر گرفته شده است که تنش کشسشی انتهای ترک از تنش کششی مجاز بتن مصرفی کمترشود برای المان بندی بدنه سد با استفاده نرم افزار  ANSYS از المان هشت گرهی ١٨٣ PLANE و برای المان بندی داخل ترک از المان تماسی  ١٧٨ CONTA استفاده شده و نفوذ آب در داخل ترک در نظر گرفته شده است . آنالیز دینامیکی غیرخطی در حال حاضر ابزاری برای بررسی ایمنی لرزهای سدهای بتنی وزنی میباشدکه در این پژوهش تحلیل دینامیکی غیرخطی تحت اثر پنج زلزله مختلف با   PGA یکسان حدود g ٠.٥ ومحتوای فرکانسی متفاوت  انجام شده و اندرکنش دینامیکی سد و دریاچه با روش جرم افزوده مدل شده است و برای مدل غیرخطی بتن در تحلیل دینامیکی غیرخطی از معیار گسیختگی دراکر-پراگر استفاده شده است .

مقدمه :

رشد سریع جمعیت و متناسب با آن افزایش نیاز آبی اعم از مصارف شرب ، صنعت ، کشاورزی و توسعه شهری و محدودیت های موجود، ضرورت برنامه ریزی در جهت استفاده بهینه از این منبع حیات بخش را بیش از پیش ایجاب مینماید. دانش کافی در مورد بارش ، مقدار جریانهای سطحی، زیرزمینی و تبخیر و تعرق ، سهم بسزایی در شناسایی منابع آب دارد.

با مقایسه متوسط بارندگی سالانه ایران که تقریباً رقمی معادل  ٢٥٠ میلیمتر است ، ملاحظه خواهد شد که مقدار بارندگی در ایران حتی کمتر از یک سوم متوسط بارندگی در سطح دنیاست . علاوه بر این زمان ریزش نزولات جوی و محل ریزش آن با نیازهای کشاورزی که مصرف کننده اصلی آب است ،

مطابقت ندارد که باید سعی کرد تا حد ممکن از ریزشهای جوی، جریان آبهای سطحی و منابع زیرزمینی به نحو مطلوب استفاده نمود و این کار تنها با شناخت پدیده های هیدرولوژیکی عملی خواهد بود پس میتوان نتیجه گرفت یکی از ضروریترین و حیاتیترین نیازهای بشر "آب " است ، که بخصوص باافزایش جمعیت انسانی درسراسرنقاط جهان وبه تبع آن ضرورت رشدکشاورزی وصنعت از یک طرف ، محدودیت مخازن و منابع آبی از طرف دیگر و نیز ایجاد رفاهی نسبی سبب تغییر و تحولات بیشتری درطبیعت شده است ، که مهار آبهای سطحی بوسیله ء انواع سدها از جمله این تغییرات میباشد و روز به روز حساسیت آن بیشتر میشود و پیش بینی میگردد در آینده ای نه چندان دور بحران کمبود آب مهمترین مسئله کشورها بخصوص مناطق خشک و نیمه خشک گردد.

قسمتی از متن

مقررات طراحی ساختمان بر این اصل متکی هستند که ساختمان ها باید قادر باشند: ١-در برابر زلزله های کوچک بدون آسیب دیدن مقاومت کنند.٢-زلزله های متوسط را بدون وارد آمدن خسارت سازه های ولی با بعضی صدمات غیر سازهای تحمل کنند.٣-درمقابل زلزله های بزرگ بدون اینکه تخریب شوند ولی با پذیرش بعضی خسارت سازهای ایستادگی نمایند.با اینکه ممکن است این اصلبرای طراحی ساختمانها کافی به نظر رسد،سدهای مهم باید محافظه کارانه ترطراحی گردند،همانگونه که در معیارهای طراحی موجود در روش های سنتی طراحی سدهاکه در بالا اشاره شدمنعکس گردیده است .لیکن آنچه روش های سنتی قادر به شناختنش نبوده اند،این است که به منظور دست یابی به این معیارها سد باید برای ضرایب زلزله بزرگتر نظیر طیف پاسخ شتاب سازههای الاستیک طراحی گردد(شکل ١-١-الف ). 

معیارهای طراحی سدها:

 برای تحلیل دینامیکی سدها،نیاز به برقراری رابطه بین زلزله های رخ داده در گذشته وزلزله هایی که در آینده ممکن استدر محل ساخته شدن سدرخ دهندمیباشد.تحلیل و طراحی سدها نیز همچون سازه های

دیگر،برمبنای دو معیار کلی صورت می گیرد:

١.حالت حدی جهت سرویس دهی

٢.حالت حدی برای بار نهایی

 فروپاشی سدها نه تنها خسارات اقتصادی سنگین به دنبال دارد،بلکه ممکن است تلفات انسانی دردناکی نیز در بر داشته باشد.لذا این سازه ها باید در برابر حداکثر زلزلهای که ممکن است در طول عمرمفیدشان رخ دهد،بدون خرابی و فروپاشی مقاومت کنند.حتیدر مناطقی که کمتر لرزه خیز هستند،حداقل بزرگی زلزلهای که برای طراحی سد در نظر گرفته می شود باید ٦.٥ ریشتر و یا حتی بیشتر باشد.چنین زلزله ای دارای شتابی معادل ٠.٥ خواهد بود.در یک سد بتنی تحت بارگذاری حداکثر زلزله محتمل ،تنش های کششی ایجاد شده در سدبیش از مقادیری خواهند بودکه بتن می تواند تحملکند در نتیجه در بدنه سد ترک هایی پدید خواهند آمد که با تحلیل های خطی قادر به تشخیص رفتار واقعی سد نمی باشند.یکی از گزارشات مجمع ملی تحقیقات آمریکا [٣٠ ]مدل سازی غیرخطی بتن را به منظور تعیین پایداری سدها در برابر زلزله ،به عنوان موضوع تحقیق مهمی بر شمرده است . 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                         شماره صفحه

چکیده ...........................................................................................................................................................١

مقدمه .............................................................................................................................................................٢

فصل اول :کلیات

١ -١ مقدمه ............................................................................................................................  ٥

١ -٢ خطرات زمین لرزه برای سدهای بتنی وزنی ............................................................٦

١ -٣ تحلیل و طراحی سنتی .................................................................................................٦

١ -٤ معیارهای طراحی سدها...............................................................................................٩

١ -٤ -١حالت حدی نیروهای زلزله ..........................................................................................١٠

 ١ -٤ -١ -١  حالت حدی جهت سرویس دهی ................................................................١٠

 ١ -٤ -١ -٢  حالت حدی جهت باربری نهایی ..................................................................١٠

١ -٤ -٢تنش های کششی ..........................................................................................................١١

١ -٥  مروری برتحقیقات انجام شده .....................................................................................١٣

١ -٦ هدف از انجام پایان نامه ................................................................................................٢٢

١ -٧ طرح کلی پایان نامه    .................................................................................................٢٢ 

فصلدوم :انواع ترکها در سدهای وزنیبتنیدوبعدیو روشهایمدلکردنآنها در تحلیلهای استاتیکی و دینامیکی

٢ -١  مقدمه  ..........................................................................................................................................٢٤

٢ -٢  انواع وعلل ایجاد ترک ...............................................................................................................٢٤

٢ -٣ ترک در سدهای بتنی وزنی ........................................................................................................٣٢

٢ -٤ گسترش ترک خوردگی ................................................................................................................٣٢

٢ -٥ مفهوم مکانیک شکست ................................................................................................................٣٣

٢ -٦ روشهای مدلکردن ترک ............................................................................................................  ٣٥

 ٢ -٦ -١ مدل ترک پیوسته CCPM ...............................................................................٣٥

 ٢ -٦ -٢ مدل ترک ناپیوسته  DCPM ...........................................................................٣٧

 ٢ -٦ -٣ مقایسه دو مدل ترک ارائه شده ..........................................................................٣٧

٢ -٧ تشخیص ترک ..................................................................................................................................٣٨ 

٢ -٨ رفتار بتن قبل از شروع  ترک ...................................................................................................٣٩

٢ -٩ معیار شروع ترک در المان ها....................................................................................................٤٠

٢ -١٠ رابطه بین تنش و کرنش در طول مرحله  نرم شدگی المان ...............................................٤١

٢ -١١ سختی برشی .................................................................................................................................٤٢

٢ -١٢ باز وبسته شدن ترک ها...............................................................................................................٤٤ 

 فصلسوم : مدلسازی

 ٣ -١مقدمه .........................................................................................................................................٤٦

 ٣ -٢معرفی سد ....................................................................................................................................٦٤

 ٣ -٢ -١ مشخصات وهندسه ی سد ........................................................................................٤٧

 ٣ -٢ -٢ خصوصیات مصالح .......................................................................................................٤٧

 ٣ -٢ -٢ -١  خصوصیات الاستیک ومقاومتی مصالح ...................................................................٤٧

 ٣ -٣بارگذاری .......................................................................................................................................٤٨

 ٣ -٣ -١ بار وزن .............................................................................................................................٤٨

 ٣ -٣ -٢ فشارهیدرواستاتیک ........................................................................................................٤٨

 ٣ -٣ -٣ بارگذاری زلزله ................................................................................................................٤٨

 ٣ -٤مدل المان محدود .........................................................................................................................٥٦

 ٣ -٥روشهای مدلسازی تاثیر فشار هیدرودینامیک دریاچه برپاسخ سد به زلزله ......................٥٦

 ٣ -٦روشهای تحلیل دینامیکی ..........................................................................................................٥٧

 ٣ -٦ -١ روش تحلیل دینامیکی طیفی با استفاده از آنالیز مدها......................................٥٩

 ٣ -٦ -٢ روش تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی..................................................................٥٩

 ٣ -٦ -٢ -١  طیف عکس العمل ......................................................................................................٦٠

 ٣ -٦ -٢ -٢  طیف های طرح ...........................................................................................................٦٠

 ٣ -٧ مدل غیر خطی بتن ...................................................................................................................٦٠

 ٣-٧-١  روشهای پلاستیسیته و معیارهای گسیختگی  ........................................................٦١

 فصلچهارم :آنالیزهای سد وزنی بتنی  Koyna

٤ -١ مقدمه ..........................................................................................................................................٦٥

٤ -٢ چگونگی پیشرفت ترک ...........................................................................................................٦٥

٤ -٣ تحلیل استاتیکی ..................................................................................................................٦٩

٤ -٤  تحلیل مودال .......................................................................................................................٧٠

٤ -٤ -١تحلیل مودال سد بتنی وزنی کوینا بدون ترک..............................................٧١

٤ -٤ -٢تحلیل مودال سد بتنی وزنی کوینا ترک خورده .............................................٧١

٤ -٥ تحلیل دینامیکی ...................................................................................................................٧٥

 ٤ -٥ -١ تحلیل دینامیکی خطی ........................................................................................٧٧

 ٤ -٥ -٢ تحلیل دینامیکی غیر خطی .................................................................................٨١

٤ -٦راستی سنجی ......................................................................................................................................٩٢ 

 فصل پنجم : نتیجه گیری

٥ -١ نتیجه گیری ....................................................................................................... ..........٩٧

٥ -٢ پیشنهادات .....................................................................................................................٩٩

منابع وماخذ .................................................................................................................................................١٠٠

فهرست منابع انگلیسی ................................................................................................................................١٠٠

فهرست منابع فارسی ..................................................................................................................................١٠٢

چکیده انگلیسی ..........................................................................................................................................١٠٣