پایان نامه ارشد عمران در مورد طراحی سازه نگهبان گود برداری

طراحی سازه نگهبان به روش میخکوبی - طراحی سازه نگهبان به روش انکراژ - طراحی سازه نگهبان گود برداری به وسیله روش عددی

عنوان :
طراحی سازه نگهبان گود برداری به روش ترکیبی میخکوبی و انکراژ به وسیله روش عددی

فهرست

عنوان                                          صفحه

فصل اول مقدمه و کلیات- 1

1-1 مقدمه– 3

1-2 روش تحقیق– 4

1-3 لزوم انجام تحقیق– 5

1-4 فصل بندی مطالب– 5

فصل دوم مطالعات انجام‌شده- 7

2-1 مقدمه– 9

2-2 پیشینه میخ‌کوبی خاک– 10

2-3 مطالعات انجام‌شده درروش میخ‌کوبی– 12

2-4 اجرای روش میخ‌کوبی– 14

2-4-1  گودبرداری– 14

2-4-2  حفاری چال برای اجرای میخ– 15

2-4-3  نصب میخ و دوغاب ریزی– 15

2-4-4 ساخت پوشش شاتکریت موقتی– 16

2-4-5  ساخت دیواره میخ‌کوبی شده تا عمق موردنظر– 16

2-4-6  ساخت پوشش دائمی و نهایی– 17

2-4-7  مقاومت چسبندگی بین خاک و ملات در دیوارهای میخ‌کوبی شده– 17

2-4-8  تأثیر شرایط خاک بر مقاومت بیرون کشیدگی میخ– 18

2-5 شرایط مطلوب خاک برای میخ‌کوبی– 18

2-5-1 خاک‌های ریزدانه سفت یا سخت– 19

2-5-2 خاک‌های دانه‌ای متراکم تا خیلی متراکم باکمی چسبندگی ظاهری   20

2-5-3 سنگ هوازده بدون هیچ‌گونه سطوح شکست– 20

2-5-4 رسوبات یخچالی– 21

2-6 طراحی سازه نگهبان به‌وسیله روش حدی– 21

2-7 روش لیو و همکاران– 24

2-8  تحقیقات فان و لئو– 30

2-9 مطالعات انجام‌شده درروش مهاری– 33

2-9-1 انواع روش مهاری با انکر– 35

2-9-2  مزایای پیش تنیدگی– 36

2-9-3  اعضا ضروری در پیش تنیدگی– 38

2-9-4 قسمتهای مربوط به مهار کردن و بستن سر انکر– 39

2-9-5 کاربرد پیش تنیدگی– 40

2-10 دیوار برلنی– 41

2-11  مقایسه تغییرشکل گودهای عمیق به روش میخ‌کوبی و روش مهاری با بلوک بتنی– 43

2-12 روش ترکیبی میخکوبی و انکر– 47

فصل سوم معرفی نرم‌افزار PLAXIS و صحت سنجی- 49

3-1 مقدمه– 51

3-1-1 صفحات– 52

3-1-2 فصل مشترک– 53

3-1-3 ایجاد شبکه– 54

3-1-4 مدل رفتاری– 55

3-1-5 مدل موهر – کولمب– 56

3-2 صحت سنجی– 61

فصل چهارم مدل‌سازی و تحلیل نتایج- 67

4-1 مقدمه– 69

4-2 مفروضات و مشخصات تحلیل‌ها– 69

4-3 مدل‌سازی و تحلیل نتایج درروش میخ‌کوبی– 72

4-3-1 ضریب ایمنی طراحی– 73

4-3-2 جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود– 75

4-3-3 جابه‌جایی قائم سطح زمین پشت گود– 77

5-3-4 جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود– 78

4-3-5 نیروی محوری میخ‌خاک‌ها– 84

4-3-6 توزیع نیروی محوری در طول میخ‌خاک– 90

4-3-7 مقایسه ضریب اطمینان طراحی و نهایی– 93

4-4 روش ترکیبی میخ‌کوبی و انکر– 95

4-4-1 ضریب ایمنی طراحی درروش ترکیبی– 97

4-4-2 مقایسه جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره  درروش ترکیبی و روش میخ‌کوبی– 98

4-4-3 جابه‌جایی قائم سطح زمین پشت گود– 105

4-4-4 جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود– 106

4-4-5 نیروی محوری  و توزیع آن در میخ‌خاک ها درروش ترکیبی– 112

فصل پنجم نتیجه‌گیری و پیشنهاد‌ها- 115

5-1 نتیجه گیری– 117

5-2 پیشنهادها برای ادامه تحقیق– 121

منابع- 123

فهرست شکل­ها

عنوان                                         صفحه

شکل 2-1 : مراحل اجرای میخ‌کوبی- 14

شکل2-2: سطح گسیختگی و جزئیات درروش Luoو همکاران- 24

شکل 2-3 : تأثیر φ وC/Hγروی حداکثر نیروی کششی ایجادشده در میخ   26

شکل 2-4 : تأثیر φ وC/Hγ روی  ضریب اطمینان برای10H=  27

شکل 2-5 : تأثیر H روی ضریب اطمینان برای 40 =φو10C/Hγ=  27

شکل 2-6 : تأثیر C/Hγروی ضریب اطمینان برای 40=φدر دو حالت خشک و اشباع   27

شکل 2-7 : تأثیر C/Hγروی ضریب اطمینان برای 20=φدر دو حالت خشک و اشباع   28

شکل 2-8 : مقایسۀ نیروی کششی داخلی میخ بین روش لیو، روش سینماتیک حدی و روش طراحی تجربی- 28

شکل 2-9: مدل‌سازی عددی شیروانی میخکوبی شده توسط نرم‌افزار اجزا محدود   30

شکل 2-10: ضریب اطمینان پایداری شیروانی میخکوبی شده بر اساس زاویه شیب شیروانی و میخ‌خاک ها- 31

شکل 2-11:توزیع نیروی کششی در میخ‌خاک‌ها در حالت نسبت طول به ارتفاع متفاوت .a: طول متفاوت میخ‌خاک در 3/1 بالای شیب. b: طول متفاوت میخ‌خاک در 3/1 پایینی شیب.- 32

شکل2-12 : سازه نگهبان مهارشده با انکر- 35

شکل 2-13 : تغییرات نسبت تغییر مکانی با ضریب انعطاف‌پذیری   43

شکل 2-14 : جابجایی افقی دیواره گود برای دو سیستم با عمق‌های مختلف گود در معیار راست- سخت‌گیرانه، چپ- ساده- 45

شکل 2-15 : جابجایی راست- افقی، چپ- قائم، سطح زمین برای دو سیستم، با عمق‌های مختلف گود در معیار سخت‌گیرانه- 45

شکل 2-16 : جابجایی راست- افقی، چپ- قائم، سطح زمین برای دو سیستم، با عمق‌های مختلف گود در معیار ساده- 46

شکل 3-1 : کاربرد صفحات در مسائل ژئوتکنیکی- 52

شکل 3-2 : موقعیت گره‌ها و نقاط تنش در یک جزء 5گره ای و 3 گره ای تیر   53

شکل 3-3 : توزیع گره‌ها و نقاط تنشی در اجزای سطوح مشترک و ارتباط آن‌ها با اجزای خاک – 54

شکل 3-4 : ایده اصلی یک مدل الاستیک کاملاً پلاستیک   57

شکل 3-5 :  سطح تسلیم مدل موهر – کولمب در فضای تنش‌های اصلی (C=0)   58

شکل 3-6 :  تعریف E0 و E50 نتایج آزمایش سه محوری زهکشی شده استاندارد   60

شکل 3-7 :  دایره‌های تنش در حالت تسلیم، ترسیم پوش گسیختگی کولمب   61

شکل 3-8 : مقطع دیوار میخکوبی شده پروژه کلوتر- 62

شکل 3-9 : هندسه مدل دیوار پروژه کلوتر – 64

شکل 3-10 :مقایسه نیروی کششی سر میخ‌خاک‌ها با عمق در اندازهگیری و مدل فان و لیو و صحت سنجی- 65

شکل4 – 1:مدل و شرایط مرزی- 70

شکل 4-2:ضریب ایمنی طراحی دیواره میخ‌کوبی شده برای گود9 متر   74

شکل 4-3: ضریب ایمنی طراحی دیواره میخ‌کوبی شده برای گود18 متر   74

شکل 4-4: ضریب ایمنی طراحی دیواره میخ‌کوبی شده برای گود27متر   74

شکل 4-5:جابه جایی افقی سطح زمین پشت گود برای گود 9  متر   75

شکل 4-6:جابه جایی افقی سطح زمین پشت گود برای گود18  76

شکل 4-7:جابه جایی افقی سطح زمین پشت گود برای گود27متر   76

شکل 4-8:جابه جایی قائم سطح زمین پشت گود برای گود9 متر   77

شکل 4-9:جابه جایی قائم سطح زمین پشت گود برای گود18 متر   78

شکل 4-10:جابه جایی قائم سطح زمین پشت گود برای گود27متر   78

شکل 4-11 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 9 متر و طول میخ‌خاک برابرH7/0 است.- 79

شکل 4-12 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 9 متر و طول میخ‌خاک برابرHاست.- 79

شکل 4-13 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 9 متر و طول میخ‌خاک برابرH2/1 است.- 80

شکل4-14 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 18 متر و طول میخ‌خاک برابرH7/0 است.- 80

شکل4-15 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 18 متر و طول میخ‌خاک برابرH است.- 81

شکل4-16 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 18 متر و طول میخ‌خاک برابرH2/1 است.- 81

شکل4-17 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 27 متر و طول میخ‌خاک برابرH7/0است.- 82

شکل4-18 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 27 متر و طول میخ‌خاک برابرH است.- 82

شکل4-19 : جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 27 متر و طول میخ‌خاک برابرH2/1 است.- 83

شکل4-20 : نیروی محوری میخ خاکها برای گود 9 متر و طول میخ خاکها برابر H7/0 است.- 85

شکل 4-21: نیروی محوری میخ خاکها برای گود 9 متر و طول میخ خاکها برابر Hاست.- 86

شکل4-22 : نیروی محوری میخ خاکها برای گود 9 متر و طول میخ خاکها برابر H2/1 است.- 86

شکل 4-23: نیروی محوری میخ خاکها برای گود 18 متر و طول میخ خاکها برابر H7/0 است.- 86

شکل4-24 : نیروی محوری میخ خاکها برای گود 18 متر و طول میخ خاکها برابر H است.- 87

شکل4-25 : نیروی محوری میخ خاکها برای گود 18 متر و طول میخ خاکها برابر H2/1 است.- 87

شکل 4-26: نیروی محوری میخ خاکها برای گود 27 متر و طول میخ خاکها برابر H7/0 است.- 88

شکل4-27 : نیروی محوری میخ خاکها برای گود 27 متر و طول میخ خاکها برابر H است.- 88

شکل 4-28: نیروی محوری میخ خاکها برای گود 27 متر و طول میخ خاکها برابر H2/1 است.- 88

شکل4-29: توزیع نیروی محوری در طول میخ خاک ردیف اول   90

شکل4-30: توزیع نیروی محوری در طول میخ خاک ردیف دوم   91

شکل4-31: توزیع نیروی محوری در طول میخ خاک ردیف سوم   91

شکل 4-32: توزیع نیروی محوری در طول میخ خاک ردیف چهارم   91

شکل 4-33: توزیع نیروی محوری در طول میخ خاک ردیف پنجم   92

شکل 4-34:ضریب ایمنی دیواره میخ‌کوبی شده در حالت نهایی(U)و طراحی(D)،برای گود 9 متر- 94

شکل 4-35:ضریب ایمنی دیواره میخ‌کوبی شده در حالت نهایی(U)و طراحی(D)،برای گود 18 متر- 94

شکل 4-36:ضریب ایمنی دیواره میخ‌کوبی شده در حالت نهایی(U)و طراحی(D)،برای گود27متر- 94

شکل 4-37: فاصله بین دو انکر 3 متر و بین دو ردیف انکر، یک ردیف میخ‌خاک نیز موجود است- 96

شکل 4-38: فاصله بین دو انکر 3 متر و میخ‌خاک میان دو انکر را حذف میکنیم   96

شکل4-39 : ضریب ایمنی طراحی نسبت به طول میخخاک برای گود 9 متر   97

شکل4-40 : ضریب ایمنی طراحی نسبت به طول میخخاک برای گود 18 متر   98

شکل4-41 : ضریب ایمنی طراحی نسبت به طول میخخاک برای گود 27 متر   98

شکل4-42: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 9 متر و طول میخ‌خاک برابرH 7/0 است.- 99

شکل 4-43: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 9 متر و طول میخ‌خاک برابرH است.- 100

شکل 4-44: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 9 متر و طول میخ‌خاک برابر H2/1  است.- 100

شکل 4-45: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 18 متر و طول میخ‌خاک برابر H 7/0 است.- 101

شکل 4-46: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 18 متر و طول میخ‌خاک برابرH است.- 101

شکل 4-47: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 18 متر و طول میخ‌خاک برابر H 2/1 است.- 102

شکل 4-48: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 27 متر و طول میخ‌خاک برابرH7/0 است.- 102

شکل 4-49: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 27 متر و طول میخ‌خاک برابرH است.- 103

شکل 4-50: جابه‌جایی افقی در ارتفاع دیواره گود برای عمق 27 متر و طول میخ‌خاک برابرH 2/1 است.- 103

شکل 4-51: جابه جایی قائم سطح زمین پشت گود برای گود 9 متر   105

شکل 4-52: جابه جایی قائم سطح زمین پشت گود برای گود 18 متر   105

شکل 4-53: جابه جایی قائم سطح زمین پشت گود برای گود 27 متر   106

شکل 4-54: جابه جایی افقی سطح زمین پشت گود برای گود 9 متر   107

شکل 4-55: جابه جایی افقی سطح زمین پشت گود برای گود 18 متر   107

شکل 4-56: جابه جایی افقی سطح زمین پشت گود برای گود 27 متر   107

شکل 4-57: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 9 متر و طول میخ‌خاک برابرH 7/0- 108

شکل 4-58: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 9 متر و طول میخ‌خاک برابرH- 108

شکل 4-59: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 9 متر و طول میخ‌خاک برابرH 2/1- 109

شکل 4-60: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 18 متر و طول میخ‌خاک برابرH 7/0- 109

شکل 4-61: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 18 متر و طول میخ‌خاک برابرH- 110

شکل 4-62: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 18 متر و طول میخ‌خاک برابرH 2/1- 110

شکل 4-63: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 27 متر و طول میخ‌خاک برابرH 7/0- 111

شکل 4-64: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 27 متر و طول میخ‌خاک برابرH- 111

شکل 4-65: جابه‌جایی افقی سطح زمین پشت گود برای عمق 27 متر و طول میخ‌خاک برابرH 2/1- 112

فهرست جدول­ها

عنوان                                          صفحه

جدول 3-1 : انواع شبکه‌بندی در نرم‌افزار پلکسیس- 55

جدول 3-2 : پارامترهای ورودی مدل موهر – کولمب- 59

جدول 3-3 : مشخصات خاک و میخ‌خاک ها و نمای دیوار استفاده‌شده در تحلیل اجزا محدود برای دیوار میخکوبی شده پروژه کلوتر- 63

جدول 4-1: مشخصات خاک- 71

جدول 4-2: مشخصات میخ‌خاک و انکر- 71

جدول 4-3: مشخصات دیواره سازه- 71

جدول 4-4: ضرایب اطمینان مجاز در تحلیل‌های تعادل حدی- 72

جدول 4-5 : شماره میخ خاکها و محل قرارگیری آنها در عمق گود- 85

جدول 4- 6: مقایسه کلی نتایج درروش ترکیبی و روش میخ‌کوبی- 113

مقدمه

امروزه با افزایش رشد شهر­نشینی و ساخت سازه­های بزرگ سبب انجام گودبرداری­های عمیق جهت ایجاد پارکینگ و انباری و کاربرد­های دیگر شده است. از مسائل مهم در گودبرداری­ها طراحی سازه نگهبان مناسب و کنترل مقادیر جابه­جایی­های دیواره گود و خاک پشت گود است.روش­های مختلفی در اجرای گود­های نیمه عمیق و عمیق مورداستفاده قرار می­گیرد گه روش­های میخ­کوبی و انکر از روش­های متداول است.

افزایش عمق گودبرداری به‌ویژه در مناطق شهری در مجاورت ساختمان­ها و معابر اهمیت ویژه‌ای دارد و تأمین پایداری و کنترل جابه­جایی­های دیواره گود و پشت دیواره باید با دقت بررسی شود.در این شرایط بعضی از روش­های پایدار­سازی گود قابلیت اجرایی خود را از دست می‌دهند و بر اساس قوانین آئین­نامه­ای گودبرداری عمیق در شرایطی مجاز است که ایمنی سازه­های مجاور را به خطر نیندازد.

روش مناسب گودبرداری و پایدارسازی با توجه به جنس خاک، شرایط آب زیرزمینی،عمق و طول گودبرداری،موقعیت و شرایط ساختمان­های مجاور،جابه­جایی دیواره گود، دائمی و یا موقت بودن سازه،مسئله زلزله، بار دینامیکی ناشی از حرکت خودرو­ها در مجاورت گود و هزینه­های اجرای پروژه انتخاب می­گردد.

طراحی یک سازه نگهبان میخ­کوبی بر اساس انتقال نیروی محرک توده خاک به میخ­خاک­ها و انتقال این نیروها به توده خاک ایمن است که به پارامترهای متعددی ازجمله روش نصب و روش تزریق و مشخصات خاک و سازه نگهبان بستگی دارد که اساس کار روش میخ­کوبی به این شکل است که میخ­خاک­ها اجراشده و با خاک‌برداری عمق­های بیشتر دیواره گود مقداری جابه­جایی پیدا می­کند که سبب فعال شدن عملکرد میخ­خاک­ها می­شود.

روش اجرایی انکر ها مشابه میخ­خاک است با این تفاوت که نیروهای پیش تنیدگی در انکر ایجاد می­گردد که این نیروها از طریق قسمت غیر مهاری انکر به قسمت مهارشده منتقل می­گردد که سبب ایجاد پایداری و کنترل جابه­جایی می­شود.

با توجه به اهمیت کنترل تغییرشکل جانبی دیواره از یک نرم‌افزار تحلیل عددی باید استفاده شود که برای این منظور از نرم‌افزار8.2 PLAXIS استفاده‌شده است که یک نرم‌افزار بر اساس روش اجزا محدود است. آئین‌نامه معتبر طراحی و بررسی پایداری و تغییرشکل در سازه میخ­کوبی و انکراژ، آئین‌نامه اداره فدرال راه امریکا است.

پایان نامه کارشناسی ارشد رشته عمران

و......