پایان نامه ارشد عمران - تاثیر پارامتر های ژئوتکنیکی خاک بر طراحی پی های حلقوی

پایان نامه کارشناسی ارشد رشته عمران

موضوع:

تاثیر پارامتر های ژئوتکنیکی خاک بر طراحی پی های حلقوی ، مطالعه موردی برج های خنک‏کن نیروگاه کازرون

با فرمت قابل ویرایش word

تعداد صفحات: 110  صفحه

تکه های از متن به عنوان نمونه :

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

عنوان	صفحه
فصل اول: کلیات	1
1-1- مقدمه	2
1-2- موقعیت نیروگاه کازرون	3
1-3- زمین شناسی منطقه	3
1-4- مطالعات ژئوتکنیک	5
1-5-ضرورت انجام پژوهش	8
1-6- اهداف پژوهش	8
1-7- ساختار پایان‌نامه	9
فصل دوم: پژوهش‏های انجام شده	10
2-1- مقدمه	11
2-2- انواع گسیختگی خاک زیر پی	12
2-2-1- گسیختگی برشی کلی	12
2-2-2- گسیختگی برشی موضعی	13
2-2-3- گسیختگی برشی سوراخ‏کننده	14
2-3- انواع روش‏های تحلیلی محاسبه ظرفیت باربری	14
2-3-1- روش تعادل حدی	14
2-3-2- روش لغزش-خط	15
2-3-3- روش مرز بالا	15
2-3-4- روش‏های عددی	16
2-4- محاسبه ظرفیت باربری	16
2-5- نشست پی‏ها	28
2-5-1- نشست آنی	28
2-5-2- نشست تحکیم	32
فصل سوم: مدل‏سازی	34
3-1- مقدمه	35
3-2- دلایل انتخاب نرم‌افزار PLAXIS برای انجام تحقیق	36
عنوان	صفحه
3-3- کلیاتی در مورد PLAXIS	37
3-3-1- معرفی داده‌های ورودی	37
3-3-2- انتخاب نوع مدل	37
3-3-3- انتخاب نوع المان	38
3-4- مدل سازی هندسی	40
3-5- مدلسازی مصالح	42
3-6- مش‏بندی	46
3-7- اعمال شرایط اولیه	48
3-8- محاسبات	50
3-8-1- محاسبه‌ پلاستیک	50
3-8-2- محاسبه‌ تحکیم	50
3-8-3- تحلیل ایمنی	50
4-محاسبه براساس شبکه‌بندی به هنگام شده	51
3-9- داده‌های خروجی	53
3-10- ارائه منحنی	54
3-11- فلوچارت نرم‌افزار	55
فصل چهارم: محاسبات و تجزیه و تحلیل نتایج	57
4-1- مقدمه	58
4-2- بررسی درستی عملکرد نرم‏افزار	58
4-3- نحوه بارگذاری پی	60
4-3-1- پی صاف	60
4-3-2- پی زبر	61
4-4- ابعاد پی	62
4-5- نمودار تنش کرنش	62
4-6- نتایج ظرفیت باربری	67
4-7- محاسبه ضرایب ظرفیت باربری	68
4-8- مقایسه کار حاضر با تئوری‏های گذشته	71
عنوان	صفحه
4-9- محاسبه نشست پی برج خنک کننده کازرون	74
4-9-1- نحوه انجام محاسبات	74
4-9-2- نشست محاسبه شده	75
4-10- مقایسه با تئوری‏های گذشته	76
4-10-1- نشست آنی	77
4-10-2- نشست تحکیم	79
4-11- محاسبه تنش مجاز پی حلقوی	82
فصل پنجم: نتایج و پیشنهادات	84
5-1- مقدمه	85
5-1- نتایج	85
5-2- پیشنهادات	86
منابع	87

فهرست اشکال

عنوان	صفحه
شکل(1-1)- موقعیت جغرافیایی نیروگاه کازرون	4
شکل(1-2)- نمایی از برج‏های خنک کننده نیروگاه کازرون	5
شکل(1-3)- تغییرات عدد نفوذ استاندارد با عمق در گمانه‏های مختلف	7
شکل(2-1)- مکانیزم گسیختگی برش کلی	13
شکل(2-2)- مکانیزم گسیختگی برش موضعی	13
شکل(2-3)- مکانیزم گسیختگی برش سوراخ کننده	14
شکل(2-4)- منحنی‏های در نظر گرفته در روش لغزش-خط	15
شکل(2-5)- مکانیزم گسیختگی در نظر گرفته شده توسط ترزاقی	17
شکل(2-6)- مکانیزم گسیختگی در نظر گرفته توسط مایرهوف	18
شکل(2-7)- مدل المان محدود مورد استفاده در روش مانوهاران و دسگوپا	20
شکل(2-8)- جابجایی در زیر پی صاف	20
شکل(2-9)- جابجایی در زیر پی زبر	21
شکل(2-10)- تغییرات Nc با زاویه اصطکاک داخلی در روش مانوهاران و دسگوپا	22
شکل(2-11)- تغییرات Nq با زاویه اصطکاک داخلی در روش مانوهاران و دسگوپا	23
شکل(2-12)- تغییرات Nγ با زاویه اصطکاک داخلی در روش مانوهاران و دسگوپا	23
شکل(2-13)- مدل در نظر گرفته شده به وسیله هاتف و بوشهریان	25
شکل(2-14)- ظرفیت باربری محاسبه شده توسط هاتف و بوشهریان	25
شکل(2-15)- مدل تفاضل محدود در نظر گرفته شده توشط زیو و وانگ	26
شکل(2-16)- مقدار Nγ برای پی حلقوی در حالت صاف	27
شکل(2-17)- مقدار Nγ برای پی حلقوی در حالت زبر	27
شکل(2-18)- نمودار تعیین محاسبه μ1	29
شکل(2-19)- نمودار تعیین محاسبه μo	29
شکل(2-20)- مقادیر تصحیح عمق بر اساس D/B و L/B	30
عنوان	صفحه
شکل(2-21)- ضریب اصلاح نشست تحکیم یک بعدی به مقدار واقعی[21]	33
شکل(3-1)- مدل سازی کرنش مسطح و تقارن محوری	37
شکل(3-2)- المان‏های موجود در نرم‏افزار PLAXIS	38
شکل(3-3)- پنجره تنظیمات کلی در نرم‏افزار PLAXIS	38
شکل(3-4)- مدل‏سازی هندسی پی حلقوی برای محاسبه ظرفیت باربری	40
شکل(3-5)- مدل‏سازی هندسی پی حلقوی برج خنک کننده	41
شکل(3-6)- پنجره تنظیمات مدل مور-کولمب در نرم‏افزار PLAXIS	44
شکل(3-7)- تاثیر اندازه مش روی ظرفیت باربری برای یک مدل	47
شکل(3-8)- استفاده از مش ریز برای مش‏بندی مدل	47
شکل(3-9)- تنش‏های اولیه ناشی از وزن خاک	49
شکل(3-10)- تنش‏های اولیه ناشی از آب	49
شکل(3-11)- پنجره تنظیمات محاسبات در نرم‏افزار PLAXIS	53
شکل(3-12)- جابجایی‏های زیر پی در زیربرنامه خروجی	54
شکل(3-13)- پنجره تنظیمات منحنی در نرم‏فزار	55
شکل (3-14)-فلوچارت مراحل ساخت و تعریف یک مدل در نرم‌افزار PLAXIS	56
شکل(4-1)- مدل در نظر گرفته برای بررسی عملکرد صحیح نرم‏افزار	59
شکل(4-2)- مقایسه نتایج مدل آزمایشگاهی و عددی برای بررسی عملکرد صحیح نرم‏افزار	60
شکل(4-3)- نحوه اعمال جابجایی در حالت پی صاف	61
شکل(4-4)- نحوه اعمال جابجایی در حالت پی زبر	61
شکل(4-5)- مش تغییر شکل یافته در پایان آنالیز	62
شکل(4-6)- تغییرات تنش در برابر جابجایی	63
شکل(4-7)- تغییرات تنش در برابر جابجایی	63
شکل(4-8)- تغییرات تنش در برابر جابجایی	64
شکل(4-9)- تغییرات تنش در برابر جابجایی	64
عنوان	صفحه
شکل(4-10)-گسیختگی زیر پی	65
شکل(4-11)-کنتورهای تنش قائم هنگام گسیختگی پی	66
شکل(4-12)- تغییرات ظرفیت باربری در برابر عمق پی	68
شکل(4-13)- مقایسه نتایج نشست روش عددی با کارهای قبل با فرض پی صاف	73
شکل(4-14)- مقایسه نتایج نشست روش عددی با کارهای قبل با فرض پی زبر	73
شکل(4-15)- مش تغییر شکل یافته در انتهای آنالیز در زیر پی برج خنک کننده	75
شکل(4-16)- نتایج محاسبات نشست آنی و تحکیم پی حلقوی	76
شکل(4-17)- مقایسه نتایج نشست روش عددی با کارهای قبل با فرض B=10	78
شکل(4-18)- نتایج مقایسه نتایج نشست روش عددی با کارهای قبل با فرض B=5	78
شکل(4-19)- تغییرت ضریب فشار آب حفره‏ای B در برابر درجه اشباع	80
شکل(4-20)- نتایج مقایسه نتایج نشست روش عددی با تئوری تحکیم با فرض B=5	80
شکل(4-21)- نتایج مقایسه نتایج نشست روش عددی با تئوری تحکیم با فرض B=10	81

فهرست جداول

عنوان	صفحه
جدول(1-1)- خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک در محل برج‏های خنک کننده واحد HRSG سیکل ترکیبی نیروگاه کازرون	6
جدول(2-1)- مقدار Nγ برای اصطکاک مختلف بین خاک و پی	24
جدول(3-1)- پارامترهای در نظر گرفته شده در محاسبات ظرفیت باربری	44
جدول(3-2)- پارامترهای در نظر گرفته شده در محاسبات نشست	45
جدول(4-1)- پارامترهای در نظر گرفته برای بررسی عملکرد صحیح نرم‏افزار	59
جدول(4-2)- نتایج ظرفیت باربری محاسبه شده در زیر پی صاف	67
جدول(4-3)- نتایج ظرفیت باربری محاسبه شده در زیر پی زبر	67
جدول(4-4)- نتایج محاسبه شده در مدل عددی	69
جدول(4-5)- نتایج محاسبه شده در مدل عددی	70
جدول(4-6)- نتایج محاسبه شده در مدل عددی	70
جدول(4-7)- مقایسه ضرایب ظرفیت باربری محاسبه شده کار حاضر با تئوری‏های                          موجود در پی دایره‏ای	72
جدول(4-8)- مقایسه ضرایب ظرفیت باربری محاسبه شده کار حاضر با تئوری‏های                          موجود در پی دایره‏ای	72
جدول(4-9)- محاسبه ظرفیت باربری مجاز پی برج خنک کننده نیروگاه کازرون	83

علائم و تعاریف

φ d:	زاویه اصطکاک داخلی زهکشی شده
φ u:	زاویه اصطکاک داخلی زهکشی نشده
Cd:	مقاومت برشی زهکشی شده
Cu:	مقاومت برشی زهکشی نشده
γd:	وزن مخصوص خشک
γsat:	وزن مخصوص اشباع
E:	مدول یانگ
ν:	نسبت پواسون
Cs:	ضریب تورم
Cc:	ضریب فشردگی حجمی
e:	نسبت تخلخل
u:	فشار اب حفره‏ای
γomp:	وزن مخصوص خاک ترکیبی
Ccomp:	چسپندگی خاک ترکیبی
φ d:	زاویه اصطکاک داخلی زهکشی شده
OCR:	نسبت پیش تحکیمی
qu:	ظرفیت باربری نهایی
qa:	ظرفیت باربری مجاز
B:	عرض پی نواری
L:	طول پی
Df:	عمق پی
FS:	ضریب اطمینان
Nγ،Nc،Nq:	ضرایب ظرفیت باربری
d:	اصطکاک بین پی و خاک
ri:	شعاع داخلی پی حلقوی

- مقدمه:

پروژه‏های عمرانی، متشکل از دو قسمت روسازه و زیرسازه می‏باشد. زیرسازه غالبا به بخشی اطلاق می‏شود که در تماس با خاک و در روند انتقال مستقیم بار روسازه به خاک بستر یا اطراف مشارکت دارد. انتقال بار از رو سازه به زمین توسط عضوی به نام پی انجام می‏شود. نقش پی یا فونداسیون به عنوان یک قسمت انتقالی در ابنیه، قابل تحمل نمودن تنش‏های نسبتا بزرگ موجود در اجرای زیرزمین سازه از قبیل ستون، پایه و یا دیوار برای خاک است. خاک‏ها و مصالح طبیعی موجود در سطح زمین در مقایسه با اجزای روسازه از قبیل مصالح ساختمانی متداول، مانند بتن و فولاد، مقاومت و توان باربری نسبتا پایینی دارند. مهندسی پی هنر بکارگیری علوم سازه، ژئوتکنیک و قضاوت مهندسی در رابطه با تحلیل و اجرای پی بوده به نحوی که با رعایت اصول فنی، اجرایی، پایداری و اقتصادی،نهایتا سیستم پی بهینه‏ای حاصل گردد. جهت تحقق یافتن اهداف فوق مهندس پی باید درک مناسبی از رفتار و عملکرد متقابل و به عبارتی دیگر، اندرکنش خاک و سنگ بستر، و نیز شرایط روسازه را داشته باشد.

از ملزومات اساسی آنالیز و طراحی پی تعیین توان باربری (ارزیابی مقاومت خاک و سنگ)، برآورد میزان تغییرات حجمی و فشردگی بستر بر اثر بارگذاری(تخمین میزان نشست خاک) و طراحی سازه‏ای می‏باشد که در دو گام اول هندسه پی در پلان و عمق استقرار آن تعیین گردیده و سپس طراحی سازه‏ای و یا طراحی داخلی بر اساس تنش‏های داخلی بر اثر نیروهای خارجی صورت می‏گیرد که شامل انتخاب مصالح، تعیین ضخامت پی و در صورت لزوم چگونگی مسلح نمودن آن است. کنترل پایداری و طراحی خارجی نیز از ضروریات تحلیل و طراحی بوده و در نهایت کفایت سیستم طراحی شده به لحاظ اجرایی و اقتصادی مورد ارزیابی قرار می‏گیرد[1].

پی‏ها به لحاظ عمق استقرار پی به دو گروه پی‏های سطحی و پی‏های عمیق تقسیم بندی می‏شود. پی‏های سطحی از متداول‏ترین پی‏ها بخصوص برای پروژه‏های ساختمانی است که اغلب عمق استقرار آنها کمتر از عرضشان است. پی‏های سطحی شامل پی‏های منفرد، مرکب، نواری و گسترده می‏باشد. امروزه برای حالت‏هایی که تقارن محوری وجود دارد از پی‏های دایره‏ای و حلقوی استفاده می‏شود. برای پی سازه‏هایی مانند پایه‏های پل‏ها، برج‏های آبی، سیلوها و … از پی‏های حلقوی استفاده می‏شود. به لحاظ اقتصادی استفاده از پی‏های حلقوی میزان استفاده از مصالح را کاهش می‏دهد. کشورهایی که در آن مصالح اولیه برای ساخت از نظر هزینه قیمت بالایی را ایجاد می‏کند، استفاده از پی‏های حلقوی گسترش بیشتری یافته است.

در کشور ما ایران نیز از پی‏های حلقوی استفاده می‏شود. برای برج‏های خنک کننده و واحد HRSG سیکل ترکیبی نیروگاه کازرون از پی‏های حلقوی استفاده شده است.

1-2- موقعیت نیروگاه کازرون

محل نیروگاه کازرون در کیلومتر 10 جاده کازرون-فراشبند(روستای بلیان) و کیلومتر 4 جاده اختصاصی نیروگاه سیکل ترکیبی کازرون می‏باشد. موقیت جغرافیایی محل در شکل(1-1) مشخص شده است[2].

1-3- زمین شناسی عمومی منطقه

محدوده مورد مطالعه جزء واحد زمین شناسی زاگرس چین خورده می‏باشد که در جنوب غربی ایران واقع گردیده است. پهنای این واحد 150 تا 250 کیلومتر تخمین زده می‏شود. روند عمومی این منطقه شمال غربی- جنوب شرقی است و در آن رسوبات پالئوزوئیک، مزوزوئیک و ترشیری به طور هم شیب روی هم قرار دارند. این رسوبات پوشش‏های حاشیه قاره‏ای شرق پلاتفرم عربستان را تشکیل می‏داده‏اند[2].

شکل(1-1)- (   ) موقعیت جغرافیایی نیروگاه کازرون

شکل(1-2)- نمایی از برج‏های خنک کننده نیروگاه کازرون

1-4- مطالعات ژئوتکنیک

براساس مشاهدات صحرایی، بررسی نمونه‏ها و نتایج حاصل از آزمایش‏های آزمایشگاهی، قشرهای تحت الارضی در محدوده مورد نظر عمدتا شامل رس کم پلاسیسیته به رنگ قهوه‏ای می‏باشد. این لایه ها در بعضی اعماق با مقدار کمی ماسه همراه هستند. براساس طبقه‏بندی متحد خاک از نوع CL می‏باشد. سطح آب زیرزمینی به طور دقیق و با استفاده از پیزومتر سنجیده شده است. با توجه به وجود پیزومتر در محل اندازه‏گیری سطح اب در طول اجرای پروژه امکان پذیر بود. تراز آب زیرزمینی قبل از اجرای پروژه در عمق 26 متری از سطح زمین قرار داشت.

و......