مدل کردن شمع تحت بار دینامیکی در یک محیط نامحدود : پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی عمران
پایان نامه ای که معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته عمران و با عنوان مدل کردن شمع تحت بار دینامیکی در یک محیط نامحدود در 119 صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب عمران قرار گیرد.
مقدمه مدل کردن شمع تحت بار دینامیکی در یک محیط نامحدود:
در اثر اعمال نیروی دینامیکی به سازه، بین ساختمان و خاک زیر آن یک اندرکنش دینامیکی اتفاق میافتد. در حالتی که خاک نسبتاً نرم و سازه سخت باشد، این اثر بیشتر میشود. زمانیکه امواج منتشر شده حاصل از نیروهای دینامیکی، به سازه وارد میشوند، حرکت امواج در خاک، سازه را تحریک میکند و به واسطه حرکت نسبی سازه نسبت به زمین، تغییر مکانهای سازه روی تغییرمکانهای محرک خاک اثر میگذارند. این پدیده، اندرکنش خاک و سازه نامیده میشود.
گزارشهای متعدد خسارات لرزهای سازهها از یک سو و نتایج تحقیقات تجربی-تحلیلی، از سوی دیگر نشان میدهند که اثرات اندرکنش خاک و سازه میتواند عامل مؤثری در آسیبپذیری لرزهای سازهها باشد. نمونه بارز این اثرات در زلزله سال 1985 مکزیک نمایان شد. در این زلزله، علاوه بر اثرات
ساختگاهی، وجود لایه خاک نرم روی بستر سنگی باعث اندرکنش شدید خاک و سازه گردید، به طوری که ساختمانهای با پریود ارتعاشی حدود دو ثانیه به شدت خسارت دیده و یا منهدم شدند. به عقیده بسیاری از محققین، این زلزله نقش و اهمیت در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه در طراحی را بیش از پیش نشان داد. بعد از وقوع این زلزله بود که تحقیقات گستردهای در این خصوص به عمل آمد و اثرات اندرکنش خاک و سازه در ضوابط آئین نامهای طرح لرزهای، منعکس گردید.
در تحلیل اندرکنش خاک و سازه، کل محیط مطابق شکل 1-1 به دو ناحیه تقسیم میشود. ناحیه اول که اصطلاحاً ناحیه نامنظم (ناحیه محدود)، نامیده میشود و شامل مجموعه سازه اصلی و ناحیه نامنظم خاک مجاور آن می باشد. در این ناحیه رفتار خاک را میتوان غیرخطی فرض نمود. ابعاد این ناحیه از اهمیت خاصی برخوردار است و ارتباط مستقیمی با نوع مسئله دارد. به عنوان مثال برای مسائل ژئوفیزیک که به بررسی و شبیه سازی حرکت زمین تحت تأثیر امواج زلزله و امواج ناشی از انفجارهای اتمی میپردازند، این ناحیه دامنه وسیعی را در بر میگیرد و برای یک مسئله اندرکنش سازه با خاک مجاور آن، این ناحیه کوچک در نظر گرفته میشود. ناحیه دوم که ناحیه منظم (ناحیه نامحدود)، نامیده میشود، از مجاورت ناحیه نامنظم شروع شده و تا مرز بینهایت ادامه دارد. با افزایش فاصله از سازه، دامنه تنشها کاهش مییابد، بنابراین رفتار خاک در این ناحیه را میتوان خطی در نظر گرفت.به سطح مشترک دو ناحیه، سطح مشترک خاک و سازه گفته میشود.
اهداف و اهميت مطالعه
در این پایاننامه هدف مدل کردن شمع تحت بار دینامیکی در یک محیط نامحدود میباشد. با توجه به محاسن روش المان محدود با مرز مقیاس شده نسبت به دیگر روشها، از این روش برای مدل کردن شمع و خاک اطراف استفاده میشود. برای مدل کردن محیط نامحدود از روش دقیق زیرساختار که روشی سراسری میباشد استفاده میگردد. رفتار شمع در هر دو محیط محدود و نامحدود بصورت الاستیک و خطی در نظر گرفته شده است و نیازی به استفاده از مدلهایی که برای تعریف خاک رایج میباشد نیست و شرایط آب حفرهای نادیده گرفته شده است. برای مقایسه نتایج روش المان محدود نرمافزارهای متعددی از جمله Geostudio، Sap و Adina مطالعه گردیدهاند که بدلیل کارایی بالای Adina از این نرمافزار استفاده شده است.
در فصلهای بعدی شرح مفصلی از معادلات و مثالهای انجام شده با این روش بیان شده است. در فصل دوم روشهای حل معادله موج در دامنه نامحدود بیان شده است.در فصل سوم مدلهای آنالیز اندرکنش خاک-سازه معرفی شده است. در فصل چهارم روش المان محدود با مرز مقیاس شده، در فصل پنجم مثالهای عددی انجام شده با این روش و در فصل ششم نتیجهگیری بیان شده است.
فهرست مطالب مدل کردن شمع تحت بار دینامیکی در یک محیط نامحدود:
فصل اول: مقدمه
1-1-بیان مساله————————————————————————– 1
1-2-شرط بازتابشی در آنالیز حوزه فرکانس—————————————————– 8
1-3-شرط بازتابشی در آنالیز حوزه زمان ————————————————————-9
1-4-آنالیز دینامیکی اندرکنش خاک-سازه ———————————————————–10
1-4-1-روش زیر ساختار————————————————————- 10
1-4-2-روش مستقیم—————————————————————- 12
1-5-روشهای موجود برای مدل کردن دامنه های نامحدود—————————————- 13
1-5-1-روش های سراسری————————————————————— 13
1-5-2-روشهای محلی(موضعی)——————————————————– 14
1-6-اهداف و اهمیت مطالعه————————————————————— 15
فصل دوم: روشهای حل معادله موج در دامنه نامحدود و مروری بر کارهای انجام شده
2-1- مقدمه————————————————————————— 16
2-2-روش های سراسری—————————————————————— 16
2-2-1-روش المان مرزی————————————————————— 17
2-2-2-روش لایه نازک——————————————————————- 19
2-2-3-شرایط مرزی غیر انعکاسی دقیق————————————————- 21
2-2-4-روش المان محدود با مرز مقیاس شده——————————————— 22
2-2-4-1-تاریخچه پیدایش——————————————————– 23
2-2-4-2-کاربرد در آنالیز دامنههای نامحدود————————————– 24
2-3-روشهای محلی (مکانی)————————————————————— 25
2-3-1- شرایط مرزی انتقالی———————————————————- 26
2-3-2- المانهای نامحدود———————————————————— 26
2-3-3-لایه های جاذب————————————————————– 27
2-4- مروری بر کارهای انجام شده در آنالیز اندرکنش خاک-شمع———————————- 29
فصل سوم: مدلهای آنالیز اندرکنش خاک-سازه
3-1-مقدمه—————————————————————————- 38
3-2-مدل جرم، فنر و دمپر—————————————————————- 41
3-2-1-تعیین مشخصات خاک——————————————————— 43
3-3-مدل تیر برشی برای خاک————————————————————- 43
3-4-مدل محیط نیمکران الاستیک برای خاک————————————————- 44
3-4-1-محدودیت های روش آنالیز محیط نیمکران الاستیک————————————– 46
3-5-مدل عناصر محدود—————————————————————— 46
فصل چهارم: روش المان محدود با مرز مقیاس شده
4-1-معرفی—————————————————————————- 48
4-2-معادلات حاکمه الاستودینامیک برای دامنه های نامحدود ناهمگن——————————- 50
4-3-معادله المان محدود با مرز مقیاس شده در حوزه فرکانس————————————- 52
4-3-1-انتقال مرز مقیاس شده———————————————————— 52
4-3-2-توابع جابجایی گره در جهت شعاعی———————————————– 57
4-3-3-معادله المان محدود با مرز مقیاس شده——————————————– 58
4-4-بسط مجانب ماتریس سختی دینامیکی برای فرکانس های بالا ——————————— 60
4-5-روش سری پدِ —————————————————————————–62
4-6-روش شکست پیوسته————————————————————————62
4-7-روابط المان محدود با مرز مقیاس شده در حوزه زمان—————————————- 63
4-7-1-تقسیم بندی زمان———————————————————— 66
4-7-2-اولین گام زمانی————————————————————– 67
4-7-3-بازه زمانی nام————————————————————— 67
4-8-خلاصه روابط در الاستودینامیک متقارن محور———————————————- 68
4-8-1-تبدیل المان محدود با مرز مقیاس شده——————————————– 68
4-8-2-معادلات المان محدود با مرز مقیاس شده برای دامنه های متقارن محور با بارگذاری کلی——- 72
فصل پنجم: مثالهای عددی
5-1-مقدمه—————————————————————————- 77
5-2-مثالهای عددی در دامنه همگن ایروتروپ————————————————- 77
5-2-1-پی نواری صلب بدون وزن در خاک همگن نیمه صفحه———————————- 78
5-2-2-پی متقارن محور صلب در خاک همگن نیمه صفحه با نسبت عمق به شعاع1—————— 83
5-2-3-شمع متقارن محور صلب در خاک همگن نیمه صفحه با نسبت عمق به شعاع 20————– 87
5-2-4-شمع متقارن محور صلب در خاک همگن نیمه صفحه با نسبت عمق به شعاع 10 در حوزه فرکانس 91
5-2-5-تعیین حداکثر نسبت عمق به قطر شمع تحت بار قائم در روش SBFEM——————– 93
5-2-6-تعیین حداکثر نسبت عمق به قطر شمع تحت بار افقی در روش SBFEM——————- 95
5-3-مثالهای عددی در دامنه ناهمگن غیرایروتروپ——————————————— 96
5-3-1-پی متقارن محور صلب در خاک ایزوتروپ عرضی همگن تحت بار قائم و افقی—————– 96
5-3-2-شمع صلب با نسبت عمق به شعاع 20 تحت بار قائم در خاک ناهمگن ایزوتروپ عرضی————-100
5-3-3-شمع صلب با نسبت عمق به شعاع 10 تحت بار قائم در خاک ایزوتروپ عرضی ناهمگن——– 102
5-3-4-شمع صلب با نسبت عمق به شعاع 10 تحت بار افقی در خاک ایزوتروپ عرضی ناهمگن——– 106
فصل ششم: نتیجه گیری
6-1-خلاصه 108
6-2-توصیههایی برای تحقیقات آتی 109
منابع 110
فهرست اشکال
شکل1-1:مدل در نظر گرفته شده برای آنالیز اندرکنش خاک-شمع—————————————-2
شکل1-2:الف-بار دینامیکی ب-بار استاتیک————————————————- 4
شکل1-3:مدل کردن اندرکنش خاک-سازه بوسیله روش زیر سازه———————————- 10
شکل1-4: کوپل مکانی شرایط مرزی سراسری————————————————- 12
شکل1-5: مدل کردن اندرکنش خاک-سازه بوسیله روش مستقیم———————————- 12
شکل 1-6:کوپل مکانی شرایط مرزی موضعی————————————————— 13
شکل 2-1:مش بندی مکانی در روش المان مرزی———————————————– 17
شکل2-2:الف:مش بندی مرز در BEM——————————————————- 18
شکل2-3:مش بندی در روش لایه نازک—————————————————— 19
شکل 2-4:الف:مش بندی یک دامنه نامحدود در روش SBFEM ب:المان 3 گرهی روی مرز————– 23
شکل 2-5:لایههای کاملاً تطبیق یافته——————————————————– 28
شکل 2-6:مدل اجزا محدود برای سیستم خاک-شمع-سازه————————————— 33
شکل 3-1:اندرکنش اینرسی و سینماتیک—————————————————– 40
شکل 3-2: درجات آزادی یک پی صلب واقع در خاک——————————————- 41
شکل 3-3: اثر خاک با در نظر گرفتن فنر و دمپر بدون جرم معادل——————————— 42
شکل3-4:مدول برشی در کرنش کم خاک—————————————————- 43
شکل3-5:مدل تیر برشی برای خاک——————————————————— 44
شکل3-6:مدل فنر و دمپر در آنالیز محیط نیمکران الاستیک————————————– 44
شکل4-1:مرکز مقیاس——————————————————————- 49
شکل4-2:تغییرات مدول الاستیسیته در عمق به صورت تابع توانی———————————– 51
شکل4-3:مختصات مرز مقیاس شده 2 بعدی محدود——————————————– 52
شکل4-4: مختصات مرز مقیاس شده 2 بعدی نامحدود——————————————- 53
شکل4-5: جابجایی در دامنه بوسیله درونیابی جابجاییهای گرهی———————————- 57
شکل4-6:آنالیز فصل مشترک خاک-سازه به روش زیر سازه————————————— 63
شکل4-7:مدل المان محدود با مرز مقیاس شده دامنه نامحدود متقارن محور————————– 69
شکل5-1:پی نواری صلب در خاک همگن ایزوتروپ———————————————- 78
شکل5-2:نحوه بارگذاری زمانی————————————————————- 79
شکل5-3:مش بندی پی صلب نواری در یک خاک نیمه صفحه همگن(دامنه زمان) در برنامه SBFEM——- 79
شکل5-4:جابجایی قائم پی صلب نواری —————————————————— 80
شکل5-5:ابعاد مفروض در ADINA——————————————————— 80
شکل5-6:مش بندی مدل در ADINA——————————————————- 80
شکل5-7:مش بندی پی صلب نواری در یک خاک نیمه صفحه همگن(دامنه فرکانس) در برنامه SBFEM—– 81
شکل5-8: ضرائب سختی دینامیکی پی نواری صلب در خاک همگن نیمه صفحه در دامنه فرکانس ———- 82
شکل5-9:جابجایی قائم پی صلب(بدست آمده از حوزه فرکانس) ———————————— 82
شکل5-10: پی متقارن محور در خاک همگن————————————————– 83
شکل5-11: نحوه بارگذاری زمانی———————————————————– 83
شکل5-12:مش بندی پی صلب متقارن محور در یک خاک نیمه صفحه همگن در برنامه SBFEM———- 84
شکل 5-13:جابجایی قائم پی صلب متقارن محور———————————————– 84
شکل5-14:المان بندی شمع و خاک اطراف در ADINA—————————————– 85
شکل5-15: ضرائب سختی دینامیکی پی متقارن محور صلب در خاک همگن نیمه صفحه در دامنه فرکانس— 86
شکل5-16:جابجایی قائم پی صلب متقارن محور ———————————————– 86
شکل5-17:شمع متقارن محور در خاک همگن ———————————————— 87
شکل5-18:نحوه بارگذاری زمانی———————————————————— 87
شکل5-19:مش بندی شمع صلب در یک خاک نیمه فضای همگن ——————————— 88
شکل5-20:جابجایی قائم شمع صلب ——————————————————– 88
شکل5-21:ابعاد مفروض در ADINA ——————————————————– 89
شکل5-22:المان بندی شمع و خاک اطراف در ADINA—————————————————————————— 89
شکل5-23: ضرائب سختی دینامیکی شمع متقارن محور صلب در خاک همگن نیمه فضا در دامنه فرکانس — 90
شکل5-24:جابجایی قائم شمع صلب——————————————————— 91
شکل5-25:شمع متقارن محور در خاک همگن ———————————————— 91
شکل5-26:مش بندی شمع صلب در یک خاک نیمه فضای همگن ——————————— 92
شکل5-27: ضرائب سختی دینامیکی شمع متقارن محور صلب در خاک همگن نیمه فضا در دامنه فرکانس — 92
شکل5-28: جابجایی شمع صلب با مقادیر مختلف عمق به شعاع ———————————– 93
شکل5-29:جابجایی قائم شمع صلب با نسبت های مختلف عمق به قطر—————————— 94
شکل5-30:مش بندی شمع و خاک محدود مجاور آن تحت بار قائم——————————— 94
شکل5-31:شمع تحت بار قائم و افقی در خاک همگن ایزوتروپ عرضی——————————- 96
شکل5-32: ضرائب سختی دینامیکی شمع صلب در خاک ایزوتروپ عرضی همگن ———————- 98
شکل5-33:الف-نحوه بارگذاری زمانی ب-تبدیل فوریه——————————————– 98
شکل5-34:المان بندی شمع و خاک اطراف در ADINA—————————————– 99
شکل5-35:جابجایی قائم و افقی شمع صلب در ایزوتروپ عرضی همگن——————————- 99
شکل5-36:شمع تحت بار قائم در خاک ناهمگن ایزوتروپ عرضی———————————- 100
شکل5-37: نحوه بارگذاری زمانی———————————————————- 100
شکل5-38:جابجایی قائم شمع صلب در خاک ایزوتروپ عرضی ناهمگن—————————– 101
شکل5-39:المان بندی شمع و خاک اطراف در ADINA—————————————- 101
شکل5-40:شمع تحت بار قائم در خاک ناهمگن ایزوتروپ عرضی———————————– 102
شکل5-41: ضرائب سختی دینامیکی شمع صلب در خاک ایزوتروپ عرضی ناهمگن——————— 103
شکل5-42:المان بندی شمع و خاک اطراف در ADINA—————————————– 103
شکل5-43:جابجایی قائم شمع صلب در خاک ایزوتروپ عرضی ناهمگن—————————— 104
شکل5-44:شمع تحت بار افقی در خاک ناهمگن ایزوتروپ عرضی———————————- 105
شکل5-45: ضرائب سختی دینامیکی شمع صلب در خاک ایزوتروپ عرضی ناهمگن تحت بار افقی———- 106
شکل5-46:جابجایی شمع صلب در خاک ایزوتروپ عرضی ناهمگن تحت بار افقی———————– 106
شکل5-47:المان بندی شمع و خاک اطراف در ADINA—————————————– 107
فهرست جداول
جدول 5-1-عنوان مثالهای انجام شده با روش المان محدود با مرز مقیاس شده 78
جدول 5-2- مقایسه نتایج روش SBFEM با دیگر روشها برای شمع با نسبت10 L/r= 92
جدول 5-3-جابجایی نسبت های مختلف عمق به شعاع شمع و مقایسه با نرم افزار ADINA تحت بار قائم 93
جدول 5-4-جابجایی نسبت های مختلف عمق به شعاع شمع و مقایسه با نرم افزار ADINA تحت بار افقی 95
راهنمای خرید و دانلود فایل
برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.
بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.
در صورت بروز هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا مشکل مورد بررسی قرار گیرد. دیجی لود متعهد میشود که هر طور شده فایل خریداری شده ، به دست شما خواهد رسید.
برای دانلود فابل روی دکمه خرید و دانلود کلیک نمایید.
ديدگاه ها