مقايسه نشست ميكروپايل ها به روش هاي عددي،تئوري وآزمايش هاي ميداني در خاكهاي ماسه اي
دسته بندي :
کالاهای دیجیتال »
رشته عمران و نقشه برداری (آموزش_و_پژوهش)
این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد
چکیده پایان نامه
ریز شمع به شمع هایی با قطر کوچک (کمتر از mm300 ) اطلاق می گردد که غالباً با تسلیح فولادی سبک و تزریق دوغاب سیمان همراه می باشند. ریز شمع علاوه بر آنکه به عنوان یک المان باربر و مقاوم در برابر نشست عمل میکند، بدلیل تزریق دوغاب سیمان، سبب بهبود مشخصات مکانیکی (مقاومتی و رفتاری) خاک اطراف نیز میگردد. ریز شمع ها به طور مؤثر در بهبود خواص خاك و افزايش ظرفيت باربري و كاهش نشست به ويژه در پي سازه هاي موجود و مقاوم سازي آنها به كار گرفته مي شوند. مقاومت اصطكاكي ما بين ریز شمع و خاك و اثرات شبكه اي آنها به عنوان مكانيزمي قابل توجه جهت بهبود خواص خاك، مطرح مي گردد. با توجه به افزایش رو به رشد ریز شمع های طراحی و اجراشده درکشورمان واهمیت باربری این المان ها در پروژه های مختلف، نیاز به بررسی پارامتر های دخیل در طراحی ریز شمع، امری ضروری تلقی می گردد .در این پژوهش همراه با استفاده از نتایج تحلیل عددی ، مجاسبات تئوریک ، آزمایشهای بارگذاری بر روی ریز شمع و انجام مطالعات پارامتریک بر روی آن مکانیزم باربری ریز شمع بررسی میگردد.در فصل اول به ارائه کلیاتی راجع به ریز شمع ، کاربردها، روش اجرا و طبقه بندی انواع ریز شمع پرداخته شده است. در ادامه در فصل دوم خلاصه ای از روش های طراحی سازه ای و ژئوتکنیکی ریز شمع مورد توجه واقع شد. همچنین روش های مختلف تحلیلی نحوه انتقال بار از طریق ریز شمع های متعارف مورد بررسی قرار میگیرد. در فصل سوم نحوه مدلسازی عددی شرح داده شده است. در تحلیل نتایج از نرم افزار اجزاء محدود Plaxis استفاده شده است. این نرم افزار که نسخه دو بعدی آن در این گزارش مورد استفاده قرار گرفته، قابلیت اعمال فشارهای استاتیکی و دینامیکی را دارا بوده و انواع مدلهای گسیختگی خاک را در اختیار کاربر قرار می دهد. در فصل چهارم نتایج حاصل از تحقیق به همراه مقایسه ای میان نتایج حاصل از محاسبات تئوریک ، عددی ، آزمایش و تحلیل پارامتریک ارائه می شود. و در نهایت در فصل پنجم جمعبندی و نتیجه گیری این تحقیق بیان شده است. به طور کلی این نتایج بیانگر نزدیک بودن نتایج حاصل از نشست در تحلیل عددی و روابط تئوریک است ، نتایج آزمایشات نیز صحت طراحی ها را بطور کامل تأیید میکند.
نظراستادراهنما براي چاپ درپژوهش نامه دانشگاه مناسب است تاريخ و امضا:
مناسب نيست
فهرست
عنوان صفحه
فصل اول : معرفی ریزشمع ها
- ریزشمع ها ................................................................................................................................................... 2
- بررسی مطالعات انجام شده............................................................................................................................................ 4
- موارد استفاده از ریز شمع در مهندسی ژئوتکنیک......................................................................................................... 4
- معرفی ریز شمع........................................................................................................................................................... 7
- سیستم های طبقه بندی ریز شمع ها............................................................................................................................. 8
- طبقه بندی ریز شمع ها بر اساس فلسفة طراحی و عملکرد........................................................................................... 9
- طبقه بندی ریز شمع ها بر اساس روشهای اجرایی ساخت و تزریق.............................................................................. 13
- روش اجرای متداول در ایران......................................................................................................................................... 15
1-6-1 حفاري........................................................................................................................................................................... 15
1-6-2 لوله‌كوبي........................................................................................................................................................................ 16
1-6-3 تزریق .......................................................................................................................................................................... 17
- مشخصات تزریق.................................................................................................................................................... 18
1-6-4 تسليح و نصب فلنج ...................................................................................................................................................... 19
1=7 آزمايشات بارگذاری........................................................................................................................................................ 20
1=7-1 آزمايش بارگذاری فشاری................................................................................................................................................ 20
1=7-2 آزمايش بارگذاری کششی................................................................................................................................................ 21
1=7=3 آزمايش بارگذاری جانبی................................................................................................................................................. 21
1=8 ماشین آلات و تجهیزات................................................................................................................................................... 22
1-8-1 ماشین حفاری ................................................................................................................................................................. 22
1-8-2 لوله کوب......................................................................................................................................................................... 22
1-8-3 لوله مشبک........................................................................................................................................................................ 22
الف
عنوان صفحه
فصل دوم : مبانی طراحی
- مقدمه................................................................................................................................................................................ 23
- طراحی.............................................................................................................................................................................. 25
- مقاومت اسمی پیوند دوغاب و خاک................................................................................................................................ 29
- طراحی ریز شمع............................................................................................................................................................. 30
- طراحی ژئوتکنیکی....................................................................................................................................................... 30
- ظرفیت ژئوتکنیکی پیوند.............................................................................................................................................. 30
2-5 بار مجاز محوری فشاری و کششی ژئوتکنیکی طول پیوند، (روش SLD ).................................................................... 32
2-6 مقاومت طراحی ژئوتکنیکی محوری طول پیوند در کشش و فشار،(روش LFD) ......................................................... 32
2-7 طراحي سازه ای ریز شمع............................................................................................................................................... 33
2-8 ظرفیت سازه ای طول غلاف شدة ریز شمع................................................................................................................... 36
2-8-1 طول غلاف شده ریز شمع (طراحی با بار سرویسSLD) .............................................................................................. 37
2-8-2 طول غلاف شده ریز شمع( (LFD ) طراحی با بار ضریب دار ) ................................................................................... 37
2-9 طول غلاف نشده ریز شمع............................................................................................................................................ 38
2-9-1 طول غلاف نشدة ریز شمع(بار طراحي يا بار سرويسSLD).......................................................................................... 40
2-9-2 طول غلاف نشدة ریز شمع (طراحي با بار ضريب دار LFD) ....................................................................................... 41
2-10 ظرفیت باربری ژئوتکنیکی کف .................................................................................................................................... 42
2-11 تاثیر گروه بر ریز شمع های تحت بار محوری................................................................................................................ 42
2-12 ضرایب اطمینان .............................................................................................................................................................. 43
2-12-1 ژئوتكنيكي.................................................................................................................................................................... 43
2-13 طول غلاف شدة ریز شمع................................................................................................................................................ 49
2-14 طول غلاف نشده ریز شمع.............................................................................................................................................. 50
2-15 بار مجاز كششي مربوط به آزمايش در محل.................................................................................................................... 50
2-16 ظرفيت پيوند دوغاب به فلز............................................................................................................................................. 50
2-17 طراحي طول نفوذ غلاف در دوغاب (طول پلانج) ......................................................................................................... 51
2-18 سازگاري كرنش ها ما بين اعضاي سازه اي ................................................................................................................... 52
ب
فصل سوم : مدلسازی با نرم افزار PLAXIS
3-1 مدل سازی با استفاده از نرم افزار اجزای محدودی PLAXIS.......................................................................................... 57
3-1-1 معرفی نرم افزار................................................................................................................................................................ 57
3-2 المان ها و مدل های رفتاری.............................................................................................................................................. 66
3-2-1 معرفی المان های شبکه اجزای محدود............................................................................................................................ 66
3-2-2 نوع مدل.......................................................................................................................................................................... 67
3-2-3 معرفی انواع مدل های رفتاری در نرم افزار PLAXIS..................................................................................................... 68
3-3 مدل سازی ریز شمع ها توسط نرم افزار Plaxis........................................................................................................... 71
فصل چهارم : مطالعه موردی
4-1 مقدمه................................................................................................................................................................................ 81
4-2 مسئله ی 1......................................................................................................................................................................... 81
4-2-1 طراحی به صورت دستی با استفاده از روابط آیین نامه FHWA..................................................................................... 83
4-2-1-1 بارگذاری سازه............................................................................................................................................................ 83
4-2-1-2 طراحي سازه اي ميکروپايل......................................................................................................................................... 84
4-2-1-3 طراحي ژئوتکنيکي ميکروپايل..................................................................................................................................... 85
4-2-1-4 طراحي ميکروپايل بر مبناي کنترل لاغری ( ) ............................................................................................... 87
4-2-2 مدلسازی با استفاده از نرم افزار اجزای محدودی PLAXIS............................................................................................. 88
4-3 مسئله 2........................................................................................................................................................................... 91
4-3-1 طراحی به صورت دستی با استفاده از روابط آیین نامه FHWA..................................................................................... 92
4-3-1-1 بارگذاری سازه........................................................................................................................................................... 92
4-3-1-2 طراحي سازه اي ميکروپايل........................................................................................................................................ 93
4-3-1-3 طراحي ژئوتکنيکي ميکروپايل.................................................................................................................................... 94
4-3-1-4 طراحي ميکروپايل بر مبناي کنترل لاغری ( ).............................................................................................. 95
4-3-2 مدلسازی با استفاده از نرم افزار اجزای محدودی PLAXIS........................................................................................... 97
4-4 نشست شالوده بر اساس محاسبات تئوریک ...................................................................................................................... 100
4-5 آزمایشهای کنترلی ریز شمع............................................................................................................................................... 103
4-5-1 نحوة بار گذاری ریز شمع.............................................................................................................................................. 104
4-5-2 روش انجام آزمایش....................................................................................................................................................... 104
4-5-2-1 آزمایشهای تخریبی.................................................................................................................................................... 104
4-5-2-2 آزمایشهای غیر تخریبی............................................................................................................................................. 105
پ
4-5-3 ابزار آزمایش.................................................................................................................................................................. 105
4-5-4 نتایج حاصل از تست های تخریبی و غیر تخریبی......................................................................................................... 106
4-6 بررسی پارامتریک مولفه های مهم موجود در ریز شمع...................................................................................................... 109
4-6-1 بررسی اثر طول ریز شمع بر نشست فونداسیون............................................................................................................ 109
4-6-2 بررسی اثر تعداد ریز شمع بر نشست فونداسیون........................................................................................................... 110
4-6-3 بررسی اثر زاویه ی ریز شمع بر نشست فونداسیون...................................................................................................... 111
فصل پنجم : جمع بندی و نتیجه گیری
5-1 مقدمه.............................................................................................................................................................................. 115
5-2 نتیجه گیری...................................................................................................................................................................... 115
5-3 پیشنهادات.......................................................................................................................................................................... 116
فهرست اشکال
عنوان صفحه
فصل اول معرفی ریزشمع ها
1-1 آرایش پیشنهادی ریزشمع برای تقویت سازه موجود........................................................................................................3
1-2 استفاده از شبکة ریز شمع های قائم و مایل جهت تقویت سازة موجود...........................................................................3
1-3 نمونه ای از کاربردهای ریز شمع.......................................................................................................................................6
1-4 مراحل نصب ریز شمع با استفاده از لولة جدار محافظ......................................................................................................7
1-5 ریز شمع های نوع 1 (بارگذاری مستقیم)........................................................................................................................10
1-6 ریز شمع های نوع 2 (المان مسلح کنندة خاک).............................................................................................................11
1-7 نمونه ای از کاربرد ریز شمعهای نوع 1..........................................................................................................................11
1-8 نمونه ای از کاربرد ریز شمعهای نوع 2..........................................................................................................................12
1-9 طبقه بندی ریز شمعها بر اساس روش تزریق..................................................................................................................14
1-10 نمونه ای از دستگاه های حفاری میکروپایل..................................................................................................................15
1-11 نمونه ای از لوله و دستگاه لوله کوب............................................................................................................................17
1-12 دستگاه تزریق شامل سه بخش ميكسر اوليه، ميكسر ثانويه و پمپ تزريق...................................................................18
1-13 تسليح و نصب فلنج در میکروپایل................................................................................................................................20
ت
فصل دوم مبانی طراحی
2-1 طول چسبندگی در ریز شمع...............................................................................................................................26
2-2 جزئیات اجزای تسلیح ریز شمع......................................................................................................................................34
2-3 مقایسه ای از ماکزیمم بار های آزمایشهای مربوط به ریز شمع و میخ کوبی، و انکر.......................................................46
2-4 جزئیات مربوط به انتقال بار از طریق طول نفوذ غلاف در لایة باربر...............................................................................53
2-5 تغییرات انتقال بار از طریق طول نفوذ در لایة باربر پیوند با افزایش بار وارده................................................................54
فصل سوم مدلسازی با نرم افزار PLAXIS
3-1 ورودی نرم افزار.................................................................................................................................................58
3-2 محاسبات نرم افزار.............................................................................................................................................62
3-3 خروجی نرم افزار..............................................................................................................................................65.
3-4 نمودار نرم افزار.................................................................................................................................................66
ح
3-5 نمایی از المان های موجود در نرم افزار Plaxis................................................................................................67
3-6 نمایی از تنش های نرمال و برشی.......................................................................................................................70
3-7 پلان فونداسیون میکروپایل..................................................................................................................................73
3-8 نمونه ی مدل ساخته شده در نرم افزار................................................................................................................73
3-9 نمای مش بندی شده مدل...................................................................................................................................75
3-10 محاسبه ی تنش های اولیه در فاز Initial.......................................................................................................76
3-11 فاز اول مدل سازی میکرو پایل.........................................................................................................................77
3-12 فاز دوم از مدل سازی میکرو پایل....................................................................................................................78
3-13 فاز سوم از مدل سازی میکرو پایل...................................................................................................................79
فصل چهارم مطالعه موردی
4-1 پلان فونداسیون میکروپایل.................................................................................................................................81
4-2 مراحل اجرای میکروپایل.....................................................................................................................................82
4-3 جزییات میکروپایل.............................................................................................................................................82
4-4 شمای کلی از مدل فونداسیون به همراه میکروپایل ها.........................................................................................88
4-5 نمای مش بندی شده مدل...................................................................................................................................89
4-6 تنش های اولیه قیل از احداث فونداسیون............................................................................................................89
4-7 مش تغییر یافته ی مدل بعد ار بارگذاری.............................................................................................................90
4-8 پلان فونداسیون میکروپایل..................................................................................................................................91
4-9 شمای کلی از مدل فونداسیون به همراه میکروپایل ها.........................................................................................97
4-10 نمای مش بندی شده مدل.................................................................................................................................97
4-11 تنش های اولیه قیل از احداث فونداسیون.........................................................................................................98
4-12 مش تغییر یافته ی مدل بعد ار بارگذاری...........................................................................................................98
4-13 تغییر مکان قائم مدل.........................................................................................................................................99
4-14 نشست الاستيك گروه شمع.............................................................................................................................101
4-15 نشست فونداسیون به ازای طول های مختلف ریز شمع...................................................................................110
4-16 نشست فونداسیون به ازای تعداد مختلف ریز شمع..........................................................................................111
4-17 نمایی از زوایای مورد بررسی قرار گرفته ی ریز شمع....................................................................................112.
4-18 نشست فونداسیون به ازای زوایای مختلف ریز شمع.......................................................................................113
چ
فهرست جداول
عنوان صفحه
2-1 ضرایب اطمینان طراحی در حالتهای کششی و فشاری...............................................................................................................27
2-2 اطلاعات لازم جهت تعیین ضریب a..........................................................................................................................................28
2-3 مقاومت اسمی پیوند به ازای رنج خاکهای مختلف.....................................................................................................................29
2-4 ماکزیمم بارهای بکار برده شده در آزمایش ریز شمعها، میخ کوبیها و انکرها............................................................................47
3-1 مشخصات واحدهای استفاده شده..............................................................................................................................................72
3-2 مشخصات مصالح ژئوتکنیکی مدل............................................................................................................................................75
3-3 فازبندی مسئله...........................................................................................................................................................................76
4-1 مقدار مقاومت اسمي..................................................................................................................................................................86
4-2 نحوة اعمال گام های بارگذاری آزمایش تخریبی......................................................................................................................106
4-3 نحوة اعمال گام های بارگذاری آزمایش غیر تخریبی...............................................................................................................108
4-4 نشست فونداسیون به ازای طول های مختلف ریز شمع..........................................................................................................109
4-5 نشست فونداسیون به ازای تعداد مختلف ریز شمع................................................................................................................110
4-6 نشست فونداسیون به ازای زوایای مختلف ریز شمع..............................................................................................................112