واحد شهرکرد
دانشکده فني و مهندسي
پايان نامه براي دريافت درجه كارشناسي ارشد
در رشته مهندسي عمران- زلزله
عنوان :
بررسي عملکرد ديوار حائل طره اي با ارتفاع زياد در هنگام زلزله
استاد راهنما :
دکتر مهدي حسيني
استاد مشاور :
دکتر مرتضي رئيسي دهکردي
نگارش :
ايمان يادگاري
مهر 1392

فهرست مطالب
عنوانصفحه
چکيده1
فصل اول: ديوار حائل2
1-1- تاريخچه ساخت سازه هاي حائل3
1-2- انواع سازه هاي حائل4
1-3- ديوارهاي حائل خاكريزي شده5
1-3-1- ديوار حائل وزني درجا5
1-3-2- ديوار هاي حائل طره اي6
1-3-3- ديوارهاي پشت بنددار و پايه دار6
1-4- ديوار وزني پيش ساخته7
1-4-1- ديوارهاي الوار بست7
1-4-2- ديوار حائل صندوقچه اي7
1-4-3- ديوارهاي گابيوني7
1-4-4- ديوار حائل تثبيت شده8
1-4-5- شيرواني خاك مسلح9
1-5- ديوارهاي خاكبرداري شده9
1-5-1- سپرها9
1-5-2- ديوار ديافراگم9
1-6- طراحي ديوارهاي حائل10
1-6-1- فشار خاك زير پي ديوار حائل11
1-7- انتخاب پارامترهاي مقاومت برشي11
1-7-1- انتخاب زاويه اصطكاك داخلي براي مصالح خاكريز11
1-7-2- زاويه اصطكاك در حالت حدي(??cr)11
1-7-3- زاويه اصطكاك حداكثر(?p)12
1-7-4- زاويه اصطكاك بين ذرات (?µ)12
1-8- انتخاب زاويه اصطكاك خاك-ديوار14
فصل دوم طيف پاسخ و طيف طراحي15
2-1- مقدمه16
2-2- طيف پاسخ17
2-3- طيف طراحي18
2-4- مراحل گام به گام ساخت طيف طراحي با استفاده از شتابنگاشت19
2-5- تأثير شرايط خاکي برروي طيف پاسخ و طيف طراحي22
2-6- تأثير بزرگي ومدت زمين لرزه بر طيفهاي پاسخ و طراحي24
2-7- تفاوت هاي بين طيف طرح و طيف پاسخ25
فصل سوم: مروري بر تحقيقات انجام شده در مورد بارهاي ديناميکي وارد بر ديوار حائل27
3-1- مقدمه28
3-2- شكست لرزهاي انواع حايل ها28
3-3- پاسخ ديناميكي ديوارهاي حايل28
3-4- انواع روش هاي طراحي ديناميکي ديوار حائل29
3-5- آناليز تعادل حدي31
3-5-1- حالت شبه استاتيکي31
3-5-2- روش مونونوبه اکابه32
3-5-3- روش آرانگو(1969Arango,)35
3-5-4- چود هاري (Choudhury, 2002)36
3-6- روش شبه ديناميک42
3-6-1- استيدمن و زنگ ( steedman- zeng , 1990 )42
3-6-2- چودهاري- نيمبا لکاري (Choudry-nimblakar 2005)44
3-7- آناليز بر پايه جابجايي45
3-8- مقايسه فشار خاک لرزه اي محاسبه شده با استفاده از روش هاي مختلف46
3-9- حل با فرم بسته با استفاده از رفتار الاستيک يا ويسکوالاستيک46
3-9-1- وود (wood, 1973)46
3-9-2- ولتسوس و يونان (Veletsos and younan , 1994)47
3-10- آناليز عددي49
3-10-1- الهمود و ويتمن (Al-Homoud and Whitman, 1999)50
3-10-2- تحقيقات گرين وابلينگ (Green and Ebeling, 2003)50
فصل چهارم: مدلسازي و تحليل نتايج52
4-1- پيشگفتار53
4-2- روش المان محدود53
4-3- مدل هاي رفتاري خاک54
4-4- مدل54
4-5- المان ها54
4-6- صفحات54
4-7- ساخت مرحله اي55
4-8- شرائط لازم براي اعمال به هندسه مدل در شرائط ديناميکي55
4-8-1- مرزهاي جاذب55
4-8-2- ميرايي56
4-9- مدلسازي56
4-10- مدلسازي زلزله63
4-11- بررسي ديوار حائل 6 متري64
4-12- نتايج زلزله UPLAND براي ديوار حائل 6 متري65
4-13- نتايج زلزله GILORI براي ديوار حائل 6 متري67
5-14- مقايسه نتايج دو زلزله UPLAND و GILORI براي نقاط انتخابي69
4-15- بررسي ديوارحائل 9 متري71
4-15-1- زلزله Gilori71
4-5-2- زلزله Upland73
4-16- بررسي ديوار 12 متري77
4-16-1- زلزله Gilori77
4-16-2- زلزله Upland79
4-17- کليات83
منابع و مآخذ:85

فهرست اشکال
عنوانصفحه
شکل1-1- نيروهاي وارده بر ديوارهاي حائل4
شکل1-2- ديوار حائل وزني ونيمه وزني5
شکل1-3- ديوارحائل پشت بنددار و پايه دار6
شکل1-4- (a)ديوار حائل الواربست (b)ديوار حائل صندوقچه اي(c) ديوار حائل گابيوني8
شکل1-5- ديوار MSE روكش شده توسط (a)پانلهاي پيش ساخته(b) با بلوكهاي پيش ساخته8
شکل1-6- ديوار ساخته شده از(a)شمعهاي مماسي(b) شمعهاي متقاطع10
شکل2-1- نحوه تعيين طيف پاسخ جابجايي18
شکل2-2-نحوه تعيين طيف پاسخ شبه شتاب18
شکل2-3-طيف پاسخ زلزله هاي ثبت شده در ايستگاه السنترو در طي سال هاي…. 19
شکل2-4-طيف طراحي ميانگين و ميانگين بعلاوه انحراف از معيار استاندارد براي ميرايي 5%20
شکل2-5-نحوه ساخت طيف طراحي خطي21
شکل2-6-ساخت طيف طراحي براي احتمال 84.1% و ميرايي 5%22
شکل2-7-ميانگين طيف هاي پاسخ براي شرايط مختلف محل23
شکل2-8-ميانگين طيف هاي پاسخ شتاب براي شرايط مختلف محل23
شکل2-9-طيف هاي نسبي شتاب در 2 درصد ميرايي براي چهار طبقه بندي خاک24
شکل2-10-تاثير بزرگي زمين لرزه بر شکل هاي طيفي25
شکل2-11-طيف طرح براي منطقه اي تحت تاثير زمين لرزه ي حاصل از دو گسل26
شکل3-1-سطح شکست و نيروهاي در نظر گرفته شده در روش مونونوبه اکابه33
شکل3-2-مدل تحليلي چودهاري37
شکل3-3-دياگرام آزاد مدل چودهاري37
شکل3-4-سطح شکست و نيروها40
شکل3-5-سيستم در نظر گرفته شده توسط استيدمن و زنگ43
شکل3-6- سيستم آزمايش شده توسط ولتسوس و يونان48
شکل4-1- هندسه مدل به همراه مرزهاي جاذب و جابجايي اعمال شده به کف مدل56
شکل4-2- مرحله اول خاکريزي58
شکل4-3- مرحله دوم خاکريزي58
شکل4-4- مرحله سوم خاکريزي59
شکل4-5- مرحله چهارم خاکريزي59
شکل4-6-توزيع فشار در ديوار پس از اجراي خاکريزي در چهار ضريب سختي چرخشي متفاوت61
شکل4-7-فشار جانبي ديناميکي محاسبه شده براي ديوار حائل طره توسط پانتامان63
شکل4-8- فشار جانبي ديناميکي محاسبه شده براي ديوار حائل وزني توسط پانتامان63
شکل4-9- توزيع تنش جانبي در حالت استاتيکي براي ديوار حائل 6 متري64
شکل4-10- نمودار توزيع تنش جانبي براي ديوار حائل 6 متري در حالت استاتيکي65
شکل4-11- جابجايي افقي در مدل ديوار حائل 6 متري پس از زلزله65
شکل4-12- تاريخچه شتاب قائم در مدل ديوار حائل 6 متري پس از زلزله66
شکل4-13- تاريخچه شتاب افقي در مدل ديوار حائل 6 متري66
شکل4-14- توزيع فشار جانبي ديناميکي در ديوار حائل 6 متري66
شکل4-15- نمودار توزيع تنش جانبي ديناميکي در ديوار حائل 6 متري67
شکل4-16- جابجايي افقي در مدل ديوار حائل 6 متري پس از زلزله68
شکل4-17- تاريخچه شتاب قائم در مدل ديوار حائل 6 متري پس از زلزله68
شکل4-18- تاريخچه شتاب افقي در مدل ديوار حائل 6 متري68
شکل4-19- توزيع فشار جانبي ديناميکي در ديوار حائل 6 متري69
شکل4-20- نمودار توزيع تنش جانبي ديناميکي در ديوار حائل 6 متري69
شکل4-21- تاريخچه جابجايي در نقاط انتخابي مدل ديوار حائل 6 متري69
شکل4-22- تاريخچه جابجايي در نقاط انتخابي مدل ديوار حائل 6 متري70
شکل4-23- مقايسه نيروي افقي به وجد امده در ديوار حائل 6 متري70
شکل4-24- جابجايي افقي در مدل ديوار حائل 9 متري پس از زلزله71
شکل4-25- تاريخچه شتاب افقي در مدل ديوار حائل 9متري71
شکل4-26- تاريخچه شتاب قائم در مدل ديوار حائل 9متري72
شکل4-27- توزيع فشار جانبي ديناميکي در ديوار حائل 9متري72
شکل4-28- نمودار توزيع تنش جانبي ديناميکي در ديوار حائل 9متري73
شکل4-29- جابجايي افقي در مدل ديوار حائل 9 متري پس از زلزله73
شکل4-30- تاريخچه شتاب افقي در مدل ديوار حائل 9متري74
شکل4-31- تاريخچه شتاب قائم در مدل ديوار حائل 9متري74
شکل4-32- توزيع فشار جانبي ديناميکي در ديوار حائل 9متري74
شکل4-33- نمودار توزيع تنش جانبي ديناميکي در ديوار حائل 9متري75
شکل4-34- مقايسه نيروي افقي به وجود آمده در ديوار حائل 9متري75
شکل4-35- تاريخچه جابجايي در نقاط انتخابي مدل ديوار حائل 9متري76
شکل4-36- تاريخچه جابجايي در نقاط انتخابي مدل ديوار حائل 9متري76
شکل4-37- جابجايي افقي در مدل ديوار حائل 12متري پس از زلزله77
شکل4-38- تاريخچه شتاب افقي در مدل ديوار حائل 12متري77
شکل4-39- تاريخچه شتاب افقي در مدل ديوار حائل 12متري78
شکل4-40- توزيع فشار جانبي ديناميکي در ديوار حائل 12متري78
شکل4-41- نمودار توزيع تنش جانبي ديناميکي در ديوار حائل 12متري79
شکل4-42- جابجايي افقي در مدل ديوار حائل 12متري پس از زلزله79
شکل4-43- تاريخچه شتاب افقي در مدل ديوار حائل 12متري80
شکل4-44- تاريخچه شتاب افقي در مدل ديوار حائل 12متري80
شکل4-45- توزيع فشار جانبي ديناميکي در ديوار حائل 12متري80
شکل4-46- نمودار توزيع تنش جانبي ديناميکي در ديوار حائل 12متري81
شکل4-47- مقايسه نيروي افقي به وجود امده در ديوار حائل 9متري81
شکل4-48- تاريخچه جابجايي در نقاط انتخابي مدل ديوار حائل 9متري82
شکل4-49- تاريخچه جابجايي در نقاط انتخابي مدل ديوار حائل 9متري82
فهرست جداول
عنوانصفحه
جدول1-1- انواع زاويه هاي اصطكاك داخلي براي كاربرد در مسائل مهندسي13
جدول2-1- ضرايب بزرگنمايي براي ايجاد طيف طراحي خطي21
جدول 3-1- مقايسه مقادير هاي بدست آمده از روش چودهاري و ديگر تئوري هاي لرزه اي42
جدول 3-2- مقايسه فشار خاک لرزه اي محاسبه شده با استفاده از روش هاي مختلف46
جدول4-1- مشخصات مصالح خاکي57
جدول4-2- مشخصات المان Plate57
جدول 4-4- مقادير شتاب افقي (متر/ مجذور ثانيه) حاصل از نرم افزار PLAXIS61
جدول 4-5- مقادير ضريب فشار جانبي فعال در حالت ديناميکي62
جدول 4-6- مقايسه مقادير فشار جانبي حاصل از تئوري و نرم افزار PLAXIS84
چکيده
ديوار هاي حائل از جمله سازه هاي مهندسي پر کابرد در پروژه هاي عمراني مي باشند. يکي از عوامل موثر بر عملکرد ديوار هاي حائل، نحوه توزيع فشار جانبي در هنگام زلزله است. در اين پژوهش براي بررسي رفتار ديوارهاي حائل طره مرتفع، عملکرد سه ديوار با ارتفاع هاي 6 ،9 و 12 متري و در هنگام بروز زلزلههايي با دو تاريخچه متفاوت بررسي شد. براي انجام مدلسازي عددي از نرم افزار PLAXIS V8 استفاده شد. نتايج نشان مي دهد، مقادير محاسبه شده براي فشار جانبي از روش هاي تئوري براي ديوار حائل هاي در نطر گرفته شده بيشتر از مقادير محاسبه شده از نرم افزار اجزا محدود PLAXIS مي باشد. در تئوريهاي موجود، براي محاسبه فشار جانبي به اندرکنش خاک و ديوار يا به عبارت ديگر سيستم خاک و ديوار توجهي نمي شود و مقادير حاصل مي تواند به طراحي محافظه کارانه و افزايش هزينه پروژه بيانجامد. بنابراين توصيه مي شود از روشهاي تنش-تغيير شکل براي محاسبه فشار جانبي استفاده شود.
فصل اول:
ديوار حائل

1-1- تاريخچه ساخت سازه هاي حائل
از زماني كه انسان ها زندگي كوچ نشيني را رها كردند- مقارن با ده هزار سال قبلاز ميلاد مسيح- با هدف دفاع از خود شـروع به ساخت موانع صعب العبور نمودند. اين ساخت و سازها با ساخت مقبره ها-با الهام گرفتن از اعتقادات مذهبي ماننـد عـروج بـه بهشت- ادامه پيدا كرد. از شواهد موجود چنين برمي آيد كه اولين آيده هاي ساخت يك سازه قائم براي نگهداري توده مـصالح رامي توان در مقبره هاي خرسنگي1 در حوالي اقيانوس اطلس و در اروپا يافت. به عنوان مثال Newgarange Cairn در ايرلنـدكه متعلق به چهار هزار سال قبلاز ميلاد مسيح است. اين سازه مانند يك گنبد با قطر82 متر ساخته شـده اسـت. اين سازه داراي ارتفاعي معادل 2/4 متر است كه به كمك تودههاي سنگي كه به صورت قائم مستقر شده اند (حداكثر تا ارتفـاع2/1 متر ) ساخته شده است. اين توده هاي سنگي بدون كمك ملات مستقر شده اند. اين سازه هاي حائل شامل مصالح سـنگي گردگوشه اي هستند كه از بستر رودخانه هاي مجاور آورده شده اند.
سازندگان اين سازه ها خيلي زود از مساله فشارهاي موجود بر روي ديوارها مطلع گشتند و به كمك عوامل مختلف سعي داشتند تا آنرا به نحوي كاهش دهند. شواهد چنين تلاش هايي ر ا مي توان در دو تكنيك كاملاً متفاوت به كار گرفته شده در ساخت اين مقبره ها در سه هزار سال قبل از ميلاد مسيح جستجو نمود. يكي از اين تكنيك ها قرار دادن شبكه هـاي تـوري ماننـد افقـي وديگري تكنيك جداسازي و قسمت بندي بوده است. به عنوان مثال معماران ايرلندي از شبكه هاي ساخته شده به كمك ريـشهگ ياهان (تكنيك اول ) بين لايه هاي سنگ ريزه هاي گردگوشه استفاده مي كردند. تكه هاي ريشه گياهان خيلي راحت به يكـديگرقفل و بست شده و اين توريهاي ساخته شده را در كنار يكديگر قرار مي دادند. آزمايشات انجام شده بر روي شبكه هاي ساخته شده توسط اين مصالح و محاسبات نشان مي دهند كه اين تكنيك از قابليت مناسبي براي كـاهش فـشار خـاك در سـازه هـاي حايل دايره اي برخوردار است. در صورت عدم استفاده از اين نوع تكنيك واضح اسـت كـه مـصالح سـنگي بـسيار سـريع در اثـرفشارهاي جانبي ايجاد شده ناپايدار مي شدند و باعث خرابي سازه مي گشتند(عليرضا زرکامي، 1385).
از تكنيك دوم بيشتر در ساخت هرم هاي سنگي در مصر استفاده شده است. آيده ساخت سازه هايي با اين تكنيـك بـه معمـاران مصري كمك كرد تا بلندترين هرم سنگي تاريخ به ارتفاع 60 متر را بسازد. آنهـا در سـاخت هـرم تنهـا از ديوارهـاي شـمالي- جنوبي و شرقي- غربي استفاده نمودند. ديوارهاي مربعي هم مركز با محور هرم هستند و اين مربع هـاي تودرتـو بـه فواصـل 5 ذرع مصري (6/2 متر ) از هم فاصله داشتند. براي جلوگيري از واژگوني ديوارهاي حائل با زاويه72درجـه نـسبت بـه افـق و بـه صورت مايل اجرا شده اند. اين ديوارها بوسيله تخته سنگ هاي تراشيده شده ساخته شده اند و فواصل بين ديوارها بوسيله سـنگ ريزه هاي حاصل از تراشيدن تخته سنگها پر شدهاند(عليرضا زرکامي، 1385).

1-2- انواع سازه هاي حائل
عموماً از ديوار حائل براي حفظ يك اختلاف تراز در سطح زمين استفاده مي شود قسمتي از سطح زمين كه در سمت مرتفـع تـر واقع شده است را خاكريز مي ناميم كه عموماً شامل زمين طبيعي نيز مي شود. قسمتي از ديوار كه به سمت خاكريز است را پشت ديوار و قسمتي از ديوار كه به سمت فضاي بيرون است را سطح ديوار مي ناميم. نقطه b در شكل2-1 را پاشنه ديـوار و نقطـهd در كف ديوار در شكل 2-1 را پنجه ديوار مي ناميم. اغلب ديوارهاي حائل بدون بدون اجزاي كمكي (مثل مهار، پـشت بنـد و…) تنها به كمك وزن خود ديوار و وزن خاكي كه روي پاشنه قرار دارد در برابر لنگر ايجاد شده توسط فشار خاك حول پنجه ديوار،پايدار باقي مي مانند. انواع مختلف سازه ها و سيستم هايي كه به عنوان حائل به كار مي روند. بسيار زياد و تقريباٌ نامحدود اسـت(عليرضا زرکامي، 1385).

انواع متداول اين ديوارها، ديوارهاي ثقلي، طره اي و پشت بنددار است.
شکل1-1- نيروهاي وارده بر ديوارهاي حائل

برخي از كاربردهاي سازه هاي حائل عبارت است از:
* بزرگراه ها و يا راه آهن هايي كه خط پروژه آنها نسبت به زمين هاي مجاور خيلي بالاتر و يـا پـايين تـر اسـت و حـريم راه آنقـدر وسيع نيست كه نتوان اين اختلاف را به كمك شيرواني حل كرد.
* كوله پل ها
* ساختمان هايي كه روي زمينهاي شيبدار ساخته مي شوند.
* در سازه هاي ساحلي براي ساختن محوطه پهلو گرفتن كشتي ها
* سازه هاي كنترل سيلاب ها (Flood walls)
* زمين هاي ناپايدار، كه از ديوارهاي حائل براي جلوگيري از زمين لغزش استفاده مي شود. (Coduto, 2003)
1-3- ديوارهاي حائل خاكريزي شده
1-3-1- ديوار حائل وزني درجا2
ديوارهاي حائل وزني اجرا شده در محل عموماً داراي اشكال ذوزنقه اي هستند و معمولاً بوسيله بتن و يا مـصالح بنـايي سـاخته مــي شــوند. ديوارهــاي وزنــي بــه وســيله وزن خــود در برابــر واژگــوني و لغــزش ناشــي از نيروهــاي جــانبي مقاومــتميكنند. (TDOT, 2004) در اين نوع سازه هاي حائل تغيير شكل بدنه ديوار در تماس با خاك ناچيز بوده لذا نيروهاي وارده تابع تغيير مكان ديوار مي باشند. (رهائي،1375) تا ارتفاع 5 متر و شرايط معمولي بارگذاري ساخت آنها به لحاظ اقتصادي بهينه بوده و با انتخاب هندسه مناسب مشكلات پايداري داخلي و خارجي معمولاً در مورد آنها مطرح نمي باشد.(اسلامي ،1384) در برخي موارد با استفاده از مقدار محدودي ميله گرد از عرض ديوار حائل وزني مقداري كاسته مي شـود. ايـن ميلـه گردهـا درخمش با مصالح بنايي مشاركت مي كنند. به اين ديوارها، ديوارهاي حائل نيمه وزني مي گويند. (عليرضا زرکامي، 1385)

شکل1-2- ديوار حائل وزني ونيمه وزني
1-3-2- ديوار هاي حائل طره اي3
اين نوع ديوارها معمولاً از بتن مسلح ساخته مي شوند و متشكل از سه قسمت اصلي به قرار ساقه (ديواره) پاشنه (قسمتي از پي كه زير خاكريز است) و پنجه (قسمتي از پي كه جلوي خاكريز است) مي باشند. ارتفاع متداول و اقتصادي اين ديوارهـاي بتنـي6 تا 9 متر بوده و مقاومت داخلي آنها در برابر تنشهاي كششي با آرماتورگذاري تـامين شـده و پايـداري خـارجي آنهـا عمـدتاً توسط وزن خاك روي پاشنه و وزن ديوار تامين مي شود. (عليرضا زرکامي، 1385)

1-3-3- ديوارهاي پشت بنددار و پايه دار4
مشابه ديوارهاي حائل طرهاي هستند با اين تفاوت كه در فواصل منظم داراي پشت بندهايي عمود بر ديـواره سـاقه مـي باشـند. عملكرد مشترك پشت بندها، ساقه و پي موجب مي شود كه ديوار با عملكرد خمشي دو طرفه بارهاي رانش را تحمـل كنـد. بـه وجود آوردن مقطعT شكل (ساقه به عنوان بالT و پشت بند به عنوان جان در مقطع) باعث مي شود لنگر و نيروهـاي برشـي وارده را به راحتي تحمل نمايند. اين ديوارها معمولاً براي ارتفاع بيش از 15 متر كاربرد دارند. هـرگـاه پـشت بنـدها در جلـوي ديوار باشد به اين نوع ديوار، ديوار پايه دار گفته مي شود.
شکل1-3- ديوارحائل پشت بنددار و پايه دار

1-4- ديوار وزني پيش ساخته
1-4-1- ديوارهاي الوار بست
ديوار الوار بست نوعي حائل وزني است كه بوسيله يك سري از قطعات قفل و بست شده بتنـي مـسطح يـا غيـر مـسطح پـيشساخته، اجرا ميشود. ديوارهاي الواربست چوبي به دو صورت ساخته مي شوند. هم بصورت المان هاي چوبي كه بوسيله ميخ هاي فولادي به يكديگر ميخ كوب مي شوند و يا بوسيله قطعات چوبي پيش ساخته اجرا مي شوند. اين نوع ديوارها شامل يك سـري تيرهاي عرضي و طولي به صورت يك در ميان است. هر واحد اين نوع ديوارها بوسيله مصالح دانه اي با نفوذپذيري بالا پرشـده و متراكم مي گردد(عليرضا زرکامي، 1385).

1-4-2- ديوار حائل صندوقچه اي5
ديوارهاي حائل صندوقچه اي فولادي و بتني ديوارهاي وزني هستند كه از اتصال صندوقچه هاي سر باز يـا سـر بـسته سـاخته مي شوند. در مورد ديوارهاي بتني هر واحد ديوار شامل يك سري از قطعات پيش ساخته بتن مسلح اسـت كـه ماننـد بلوك هـاي ساختماني در محل قرار داده مي شوند(عليرضا زرکامي، 1385).

1-4-3- ديوارهاي گابيوني6
ديوارهاي گابيوني از واحدهاي شبكه اي كه بوسيله سنگ هايي با ابعاد 4 تا 8 اينچ (10 تا 30 سانتي متـر) پـر شـده اسـت. هـركدام از اين واحد ها سبدهاي مستطيلي شكلي هستند كه از فولاد گالوانيزه يا شبكه هاي سيمي پوشيده شده بوسـيلهPVC تشكيل شده اند. واحدهاي ديواره گابيوني در محل به يكديگر بسته مي شوند و داخل آنها بوسيله سنگ هايي با ابعاد مـذكور پـرمي شود. ديوارهاي گابيوني را مي توان با يك سري سيم يا عناصر مسلح كننده كه از بين اين واحدها تا قسمت خاكريز امتـداد پيدا مي كنند نيز طراحي نمود. اين نوع از ديوارهاي كابيوني به ديوارهاي گابيوني مهار شده معروفند.
شکل1-4- (a)ديوار حائل الواربست (b)ديوار حائل صندوقچه اي(c) ديوار حائل گابيوني

1-4-4- ديوار حائل تثبيت شده7
در اين نوع ديوارها از نوارهاي فلزي، سفره هاي شبكه هاي فلزي، ژئوگريد و يا ژئوتكستايل براي مسطح سازي استفاده مي شـود و اين سفره ها به قطعات پيش ساخته بتني و يا فلزي كه به عنوان نماي ديوار به كاربرده مي شوند، متصل مي گردنـد تـا تـوده خاك مسطح را تشكيل دهند. در برخي از موارد عوامل مسلح كننده در بين قطعات بلوكي ساخته شده از بتن كم آب (با نسبت آب به سيمان كم) مهار مي شوند. اين قطعات بتني نيز در راستاي قائم به يكديگر متصل شـده انـد. عامـل مـسطح كننـده بـه صورت افقي بين لايه هاي خاكريز دانه اي قرار مي گيرد. هر لايه از خاكريز داراي يك يـا چنـد كـلاف بـالارو مـي باشـد. بـراي عملكرد درست اين نوع ديوارها بايد جنس خاكريز از نوع خاك غير پلاستيك و كاملاً نفوذپذير باشد(عليرضا زرکامي، 1385).
شکل1-5- ديوار MSE روكش شده توسط (a)پانلهاي پيش ساخته(b) با بلوكهاي پيش ساخته
1-4-5- شيرواني خاك مسلح8
اين نوع حائل ها از طريق اتصال عوامل مسلح كننده مسطح (عموماً ژئوگريد يا ژئوتكستايل) با سطحي شيبدار و با زاويه كمتراز 70 درجه ساخته مي شوند. عوامل مسلح كننده بين لايه هاي افقي خاكريز قرار مي گيرند. هر لايه شامل يك يا چند كلاف روبه بالا است. اگر بخواهيم كه از فرسايش سطح خاكريز جلوگيري كنيم مي توان از يكي از دو روش زير استفاده كرد:
1) امتداد دادن ژئوگريد به سمت خارج خاكريز و امتداد دادن اين لايه بر لايـه فوقـاني خـاكريز و مـدفون نمـودن انتهـاي آزاد ژئوگريد در خاكريز.
2) امتداد دادن ژئوگريد تا سطح خاكريز به صورت آزاد و كاشتن گياهان در سطح آزاد خاكريز و يـا اسـتفاده كـردن از قطعـات پيش ساخته به عنوان نماي خاكريز(عليرضا زرکامي، 1385). .
1-5- ديوارهاي خاكبرداري شده
1-5-1- سپرها
سپرها شامل مقاطع فولادي و بتني قفل و بست شدهاي است كه به صـورت فـشاري و يـا ارتعاشـي بـه داخـل زمـين كوبيـده مي شوند. عمق لازم دفن شدگي (طولي از سپر كه زير سطح خاكبرداري نهايي است) با اين فرض محاسبه مي گردد كـه فـشارمقاوم خاك و مقاومت خمشي سپر بايد در برابر نيروهاي افقي پشت ديوار مقاومت نمايند. سپرها به صورت مهاردار نيز سـاخته مي شوند(عليرضا زرکامي، 1385). .

1-5-2- ديوار ديافراگم
ديوار ديافراگم يك ديوار بتني ممتد است كه از جنس بتن مسلح در جا و يا بتن پيش ساخته، كه در داخل يك تراشه سـاخته مي شود. معمولاً يك ديوار موقتي هادي9 معمولاً براي حفظ راستاي درست ديـوار سـاخته مـي شـود. تراشـه معمولاً از سطح زمين شروع مي شود و بوسيله دوغاب هاي متداول و يا پليمري در حين عمليات خاكبرداري تثبيت مي گـردد.
مراحل خاكبرداري ديوارهاي ديافراگم به صورت مقاطع مستطيلي كنار هم صورت مي گيرد. با پايان يافتن عمليات خـاكبرداري يك مقطع براي اينكه بتن با رسوبات مختلف مخلوط نشود بتن ريزي بوسيله لوله ترمي در داخل تراشه انجام مي گيرد. در مورد بتن هاي مسلح درجا ابتدا قفسه آرماتور در داخل ترانشه ريخته مي شود. بعد از ساخت كامل يك پانل، پانـل بنـدي در كنـار آن ســاخته مــي شــود. بعــد از اتمــام كامــل ســاخت ديــوار خــاكبرداري در جلــوي آن تــا ســطح مــورد نظــر صــورت مــي گيرد(عليرضا زرکامي، 1385). .

1-5-3- ديوار ساخته شده از شمع هاي مماسي و شمعهاي متقاطع10
شمع هاي مماسي شامل يك رديف شمعهاي كوبيده شده مماس به هم از جنس بتن مسطح است. ممكـن اسـت بـراي مـسلح سازي شمع ها از يك پروفيل فولادي، و يا يك قفسه آرماتور استفاده شود. ديوار شمعهاي متقاطع شامل يك رديف از شمع هاي كوبيده شده است كه يك در ميان مسلح و غير مسلح هستند. در اين نوع ديوارها ابتدا شمع هاي غيـر مـسلح بـه داخـل زمـين كوبيده مي شوند و سپس بعد از مدت كوتاهي از نصب شمعهاي غير مسلح، شمعهاي بتن مسلح در فضاي بين ايـن شـمعهـا ساخته مي شوند. شمعهاي بتن مسلح از طريق خاكبرداري در فضاي بين شـمع هـاي غيـر مـسلح و بـه صـورت درجـا سـاخته مي شوند. (عليرضا زرکامي، 1385).
شکل1-6- ديوار ساخته شده از(a)شمعهاي مماسي(b) شمعهاي متقاطع

1-6- طراحي ديوارهاي حائل
انتخاب نوع ديوار حائل تابع عوامل مختلفي از قبيل نما و زيبايي، مسائل اجرائي و اقتصاد مساله است. طراحي سازه هـاي حائـل شامل دو مرحله اصلي است. اول برآورد نيروها و فشارهاي وارده بر سازه و مرحله بعد طراحي سازه حائل براي مقاومت در برابر اين بارها مي باشد. علاوه بر اين سـازه و خـاك مجـاور آن بايـد در برابـربارهاي وارده معيارهاي پايداري را نيز ارضا نمايند(عليرضا زرکامي، 1385).
1-6-1- فشار خاك زير پي ديوار حائل
براي طراحي ديوارهاي حائل به فشار خاك مجاور زير پي نيز نياز داريم. اگر فشار خاك وارده بر پشت ديوار مشخص باشد، ابعاد اوليه ديوار را مي توان انتخاب نمود. به كمك ابعاد اوليه ميتوان فشار خاك زير پي را محاسبه نمـود. بـه منظـور لحـاظ نمـودن مسائل ظرفيت باربري و نشست نبايد فشار خاك در زير پي به حد فشار مجاز برسد. اگر ديوار در بالا مهار نشده باشـد در كـف ديوار به سبب فشار خاك روي ديوار لنگر خواهيم داشت و فشارخاك در زير پي يكنواخت نخواهد بـود. كج شدگي ديوارهاي حائل معمولاً تاH1/0مشكل خاصي ندارد ولي به ازاي دوران هاي بيش از آن معمولاً ظاهر ديوار حالـت ناخوش آيندي به خود مي گيرد. در صورتي كه سازه هايي به ديوارحائل مربوط باشند بايد مساله نشست به دقت مـورد بررسـي قرار گيرد(عليرضا زرکامي، 1385).

1-7- انتخاب پارامترهاي مقاومت برشي
1-7-1- انتخاب زاويه اصطكاك داخلي براي مصالح خاكريز
با توجه به اينكه مصالح پشت ديوار عموماً به صورت خاكريزه ايي از جنس مصالح دانه اي است، مهم ترين پارامتري كه بايد براي تعيين فشار جانبي خاك نياز است، زاويه اصطكاك داخلي خاك است. به طور كلي سه نوع زاويه اصطكاك داخلـي را مـي تـوان براي خاك هاي دانه اي تعريف كنيم(عليرضا زرکامي، 1385).

1-7-2- زاويه اصطكاك در حالت حدي(??cr)
بعد از اعمال كرنش هاي قابل توجه به هر خاكي مقادير تنش انحرافي و نسبت تخلخل با مقادير اوليه متفاوت خواهد بود و كـاملاً غير وابسته به مقدار اوليه هستند. در اين شرايط حالت ميزان كرنش در خاك به ازاي يك تنش انحرافي ثابـت افـزايش خواهـد يافت. بدون اينكه تغيير حجمي در خاك ايجاد شود. تنش انحرافي موجود در اين لحظه را مي توان براي محاسبه?cr استفاده كرد. اين وضعيت حالت حجم ثابت11يا حالت بحراني12 و يا حالت مقاومت باقيمانده13 ناميده مي شود. انديس cr در ?cr به معناي حجم ثابت است(عليرضا زرکامي، 1385).

?cr را ميتوان يكي از ويژگي هاي ذاتي مصالح فرض نمود. در واقع?cr تركيبي از اثر?m و نيروهاي قفل و بـست كننـده بـينذرات است كه ناشي از ايجاد شرايط حجم ثابت است. ecr يا تخلخل متناظر با اين زاويه اصطكاك را نيز مي تـوان جـزء خـواص مصالح درنظرگرفت. (Lambe ,Whitman 1969)

1-7-3- زاويه اصطكاك حداكثر14(?p)
زاويه اصطكاك محاسبه شده بوسيله نقاط پيك منحني هاي تنش- كرنش را زاويه اصـطكاك حـداكثرمـي نـاميم. ايـن زاويـه اصطكاك جزء ويژگيهاي مصالح نيست بلكه تا حد زيادي وابسته به تخلخل خاك قبل از اعمال تنش انحرافي است. البته قبل از رسيدن به مقاومت حداكثر تغيير حجم جزئي دو نمونه ايجاد ميشود اما متعارف است كه تغييرات?p را برحسبoe ( مقـدارتخلخل اوليه ) رسم ميكنند(عليرضا زرکامي، 1385).

1-7-4- زاويه اصطكاك بين ذرات (?µ)
مقاومت برشي بين دو ذره عبارت است از مقدار نيروي لازم براي ايجاد و يـك حركـت نـسبي بـين ذرات. منـشأ ايـن مقاومـت نيروهاي جاذبه بين ذرات كه در سطح ذرات اثر مي كند. اين نوع مقاومت اصطكاكي بين دو ذره خاك مشابه ضـريب اصـطكاك يك جسم صلب بر روي يك سطح است. اين نوع مقاومت اصطكاكي تا حد زيادي وابسته به خواص فيزيكي و شـيميايي سـطح ذرات است. مقاومت برشي بين ذرات به طور كل وابسته به تنش هاي نرمالي است كه دو ذره را به هم مي فشارد. چنين تعريفـ ياز مقاومت برشي بين ذرات به معني آن است كه اين مقاومت داراي پايه و اساس اصطكاكي است (البته در خاكهـاي چـسبنده مقاومــت برشــي ذرات مــي توانــد مــستقل از تــنش هــاي نرمــال بــين ذرات باشــد كــه عبــارت اســت از چــسبندگي ذرات) (عليرضا زرکامي، 1385).

در جدول2-1 براي كاربردهاي مختلف مهندسي زواياي اصطكاك داخلي مناسب پيشنهاد شده است.

جدول1-1- انواع زاويه هاي اصطكاك داخلي براي كاربرد در مسائل مهندسي((Lambe and Whitman,1969
معمولاً يك زاويه اصطكاك كلي براي توده خاك در نظر گرفته مي شود. خاكريزها عموماً تا درصـد تـراكم هـاي بيـشتر از 95% كوبيده مي شوند. (نسبت به تراكم پراكتور) اگر نمونه خاك مورد استفاده براي خاكريزي، با درصد تراكم مطلـوب در آزمايـشگاهبوسيله آزمايش برش مستقيم آزمايش شوند، مقاومت برشي ماكزيمم متناظربا(peak friction angle)??p به دست مي آيد.
اگر بخواهيم از??p براي تخمين فشار مقاوم جانبي خاك( چه بوسيله تئوري كولمب يا رانكين) استفاده كنيم مقداربهدسـت آمده براي حالت مقاوم بسيار بالا خواهد بود زيرا كرنشهاي لازم براي بسيج شدن فشار مقاوم خاك بسيار بزرگتر از كرنش هاي لازم براي بسيج شدن??p است. استفاده كردن از??p در روابط رانكين و يا كولمب يكي از دلايل اختلاف فاحش بـين مقـاديرتئوريك و عملي است(عليرضا زرکامي، 1385).
كرنشهاي برشي بزرگي(%10>?) براي بسيج شدن??CS نياز است. براييك خاكريز شـامل مـصالح درشـت دانـه شـل،تغيير مكانهاي لازم براي بسيج شدن??CS در عمل غير قابل تحمل است. بنابراين بايد از مقادير مطمـئن تـر?? در طراحـياستفاده كنيم. ماكزيمم??design ميتواند ??CS باشد. در عمل ضرايب اطمينان براي در نظر گرفتن عدم اطمينان از ويژگي هـايخاك استفاده مي شود(عليرضا زرکامي، 1385).
مقدار زاويه اصطكاك داخلي را مي توان با كوبيدن لايه هاي خاك به صورت ملايم، افزايش داد ولي از سوي ديگر اين كار باعـث افزايش وزن مخصوص خاكريز شده كه مطلوب نمي باشد. كوبش شديد لايه هاي خاكريز پشت ديوارهاي حائل به ندرت صورتميگيرد كه اين كارمي تواند خطر تغيير مكان بـيش از حد ديوار در اثر عمليات تراكم را به همراه داشته باشد.(Lambe, Whitman1969)
اگر مصالح دانه اي به صورت كاملاً عادي در محل ريخته شوند، زاويه اصطكاك داخلي عمومـاً??cr اسـت. در حالي كـه خـاكريز حداقل بوسيله چرخ هاي بولدوزر كوبيده مي شود و به يك تراكم نسبي متوسطي مي رسد. از اين رو در برخي منابع آمـده اسـتكه از ??p براي محاسبات فشار محرك استفاده شود(عليرضا زرکامي، 1385).

1-8- انتخاب زاويه اصطكاك خاك-ديوار
اصطكاك ديوار باعث مي شود تا فشار محرك خاك كاهش يافته و فشار مقاوم خاك افزايش يابـد. بـراي حالـت محـرك روابـط كولمب براي استفاده عملي به اندازه كافي دقيق مي باشد. براي حالت مقاوم فشار جانبي خاك را بهتر است از رابطه كـاكوت وكريزل استفاده شود(عليرضا زرکامي، 1385).
زاويه اصطكاك بين خاك_ديوار تا حد زيادي باعث كاهش فشار جانبي خاك و به خصوص باعث كاهش لنگرهاي واژگوني مي گردد. عموماً از اصطكاك بين ديوار و خاك به عنوان يك مزيت نام برده مي شود ولي اين اصطكاك از سوي ديگر، زمانيكه ديوار به سمت خارج حركت مي كند مي تواند باعث اعمال فشارهاي رو به پايين به ديوار ميگردد(عليرضا زرکامي، 1385).
اصطكاك بين سطح ديوار و خاك وابسته به نوع خاكريز و شيوه اجراي ديوار است. اگر بافت مـصالح ديـوار درشـت تـر ازD50 خاكريز باشد، ويژگيهاي مقاومت برشي خاكريز در تعيين اصطكاك سـطح مـشترك خـاك_ديـوار حـاكم اسـت. در چنـين موردي مي توان زاويه اصطكاك بين ديوار_خاك را برابر??CS در نظر گرفت. اگر بافت مصالح ديـوار در مقايـسه باD50 خـاكريزريزتر باشد زاويه اصطكاك بين ديوار و خاك، در صورت عدم وجود مطالعات محلي، را مي توان بين نصف??CS تا دو سوم??CS در نظـرگرفت(عليرضا زرکامي، 1385).
در ديوارهاي حائل وزني كه بر خاك هاي رسي بنا مي شوند معمولاً از يك لايه خاك درشت دانـه در كـف پـي ديـوار اسـتفاده مي شود ( قبل از ساخت پي مخلوط ريزي انجام مي گيرد) در اين گونه موارد بايد زاويه اصطكاك بين پيوخاك، براي كنترل لغزش كمتر از زاويه اصطكاك بين مصالح درشت دانه و پي در نظر گرفته شود. مقدار زاويه اصطكاك سـطح مـشترك ديـوار_خاك بايد مقداري بين مقدار زاويه اصطكاك مصالح درشت دانه_ديوار و مصالح درشت دانه_ريزدانـه در نظـر گرفتـه شـود(عليرضا زرکامي، 1385).

فصل دوم
طيف پاسخ و طيف طراحي

2-1- مقدمه
طيف پاسخ در حقيقت حداکثر پاسخ سازه هاي يک درجه آزاد ميرا با پريودهاي مختلف به يک لرزش است و اولين بار توسط بيووهاوزنر مطرح گرديد. اگرچه طيف هاي پاسخ زلزله هاي مختلف با يکديگر تفاوت دارند، اما با مطالعه و بررسي مجموعه اي از آن ها مي توان مشخصات استاندارد معيني را تحت شرايط مختلف نتيجه گرفت. چون جزئيات لرزه اي زلزله هاي آينده مشخص نيست، بيشتر طيف هاي طراحي زمين لرزه ها از معدل گيري مجموعه اي از طيف هاي پاسخ حاصله از شتابنگاشت هايي بدست مي آيد که داراي ويژگي هاي مشابه هستند.
براي استفاده عملي، طيف هاي طراحي به صورت منحني هاي هموار شده يا خطوط صاف ارائه مي شود. اين ساده سازي ها به خاطر اين است که تعيين فرکانس و شکل هاي مودي دقيق سازه ها در زمين لرزه هاي شديد که رفتار سازه به احتمال زياد غيرخطي است مشکل مي باشد. لازم به ذکر است که در بعضي موارد تعيين شکل طيف هاي طراحي براي يک ساختگاه خاص امري پيچيده بوده و بايد در انتخاب مجموعه شتابنگاشت هاي نماينده محتاط بود.در استفاده از طيف هاي طراحي بايد به تفاوت آن ها با طيف پاسخ توجه شود.
طيف پاسخ نموداري از حداکثر پاسخ سازه هاي يک درجه آزادي با پريودها و ميرايي مختلف به يک زمين لرزه ي معين است. در حالي که طيف طراحي معرف قاعده اي براي بدست آوردن نيروي زلزله طراحي يا جابه جايي سازه با دوره تناوب ارتعاش و ميرايي معين است.چون اوج شتاب،سرعت و جا به جايي زمين در نگاشت هاي گوناگون زمين لرزه متفاوت است، از پاسخ محاسبه شده نمي توان به طور مطلق ميانگين گرفت. قبل از اقدام به گرفتن ميانگين از روش هاي گوناگوني براي نرماليزه کردن طيف هاي طراحي استفاده مي شود،از اين ميان دو روال متداول عبارتند از:
1. نرمال کردن برحسب شدت طيفي،که درآن مساحت هاي زير منحني هاي طيفي بين دو دوره تناوب براي تمامي زلزله ها با يکديگر برابر گرفته مي شود.
2. نرمال کردن برحسب اوج تکان زمين،که در آن حداکثرهاي طيفي بر اوج شتاب،سرعت يا جا به جايي زمين تقسيم مي شود.
از ديدگاه عمومي، طيف طرح بايد نماينده حرکت زمين ثبت شده در منطقه طي زلزله هاي گذشته باشد.اگر رکوردي در منطقه ثبت نشده باشد، طيف طرح بايد بر مبناي رکوردهاي موجود در مناطق مشابه باشد. عواملي که دراين انتخاب بايد مورد توجه قرار گيرد عبارتند از: بزرگي زمين لرزه، فاصله منطقه از گسل فعال، مکانيسم گسل ،مقطع زمين شناسي،مسير حرکت امواج زلزله از منبع زلزله تا محل و شرايط محلي خاک.
اين روش در مناطقي مانند کاليفرنيا و ژاپن با توجه به وجود شتابنگاشت هاي مختلف ثبت شده عملي است. اما در مناطق ديگر به علت عدم وجود چنين اطلاعاتي عملي نمي باشد. درچنين حالاتي براي استفاده از رکوردهاي موجود از شرايط غير مشابه با شرايط منطقه مورد نظر بايد تعديلاتي در روش اعمال شده و قضاوت مهندسي به کار گرفته شود.

2-2- طيف پاسخ
همانطور که بيان شد طيف پاسخ بيشينه پاسخ سيستم يک درجه آزادي را در مقابل تحريک ورودي خاص به صورت تابعي ازفرکانس طبيعي(يا پريود طبيعي) و ضريب ميراي سيستم تشريح مي کند. براي يک مقدار ميرايي خاص(?) مي توان بيشينه پاسخ سيستم يک درجه آزادي شامل جا به جايي، سرعت و يا شتاب کل را برحسب فرکانس طبيعي رسم و نمودار را براي مقادير متفاوت ميرايي تکرار کرد.
شکل(3-1) نحوه تعيين طيف پاسخ جا به جايي را نشان مي دهد:قسمت(a) شتاب نگاشت نرمال شده (زلزله السنترو).در قسمت (b)پاسخ سه سيستم يک درجه آزادي با ميرايي02/0 به تحريک ناشي از زلزله و حداکثر مقدار آن نمايش داده شده است. هريک از اين مقادير بيشينه با توجه به پريود متناظر آن يک نقطه از طيف پاسخ را مطابق با قسمت(c)تعيين مي کند. با تکرار اين عمليات براي محدوده دلخواهي از پريودها، طيف پاسخ جا به جايي تعيين مي شود.

شکل2-1- نحوه تعيين طيف پاسخ جابجايي
مطابق با فرايندي که در شکل يک براي بدست آوردن طيف پاسخ جا به جايي انجام داديم مي توان طيف پاسخ شبه سرعت وشبه شتاب را بدست آورد. شکل(3-2).
البته مي توان طيف شبه سرعت وطيف شبه شتاب را به صورت مستقيم از روي طيف پاسخ جا به جايي



قیمت: تومان


پاسخ دهید