شکل 3-7- نمودار تنش-کرنش فولاد پر مقاومت. 60
شکل 4-1- به ترتیب شتاب نگاشت مؤلفه افقی زلزله Taft ؛ شتاب نگاشت مؤلفه قائم زلزله Taft ؛ شتاب نگاشت مؤلفه افقی زلزله Elcentro ؛ شتاب نگاشت مؤلفه قائم زلزله Elcentro. 63
شکل 4-2- مدل اجزای محدود سیستم سد-پی-مخزن. 66
شکل 4-3- مقایسه نتایج تغییر مکان تئوری و نرم‌افزار Ansys سیال مخزن در سیستم سد-پی-مخزن. 66
شکل 4-4- مقایسه فشار هیدرودینامیکی مخزن و Ansys سیال مخزن در سیستم سد-پی-مخزن. 67
شکل 4-5- مقایسه تنش قائم کف سد در حالت تئوری و نرم‌افزار Ansys در سیستم سد-پی با عرض کف 50 متر. 68
شکل 4-6- مقایسه تنش قائم کف سد در حالت تئوری و نرم‌افزار Ansys در سیستم سد-پی با عرض کف 70 متر. 69
شکل 4-7- مقایسه تنش قائم در کف سد در حالت تئوری و نرم‌افزار Ansys در سیستم سد-پی-مخزن-کابل با عرض کف سد 50 متر. 69
شکل4-8- مقایسه تنش قائم در کف سد در حالت تئوری و نرم‌افزار Ansys در سیستم سد-پی-مخزن-کابل با عرض کف سد 70 متر. 70
شکل4-9- پاسخ فشار در المان پاشنه سد صلب تحت مؤلفه افقی شتاب هارمونیک. 71
شکل4-10- مقطع هندسی مدل سد Pine Flat 72
شکل4-11- مدل اجزای محدود سیستم سد-پی-مخزن Pine Flat 74
شکل4-12- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat با در نظر گرفتن پی انعطاف‌پذیر تحت شتاب نگاشت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 74
شکل4-13- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 78/0 m= . 76
شکل 4-14- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 7/0 m=. 77
شکل 4-15- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 65/0 m=. 78
شکل4-16- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 6/0 m=. 79
شکل4-17- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 65/0 m=. 82
شکل4-18- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 7/0 m=. 83
شکل4-19- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 65/0 m=. 84
شکل4-20- پاسخ تغییر مکان افقی تاج سد Pine Flat به ترتیب تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Taft و تحت اثر مؤلفه‌های افقی و قائم زلزله‌ Elcentro در شیب 6/0 m=. 85
شکل4-21- مقایسه میانگین تغییر مکان افقی تاج سد در شیب‌های پایین‌دست مختلف به دو روش ترکیبی و اعمال دما. 88
شکل 4-22- به ترتیب تنش قاتم در پاشنه سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft و تغییر مکان افقی تاج سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft در 7/0m=. 91
شکل 4-23- به ترتیب تنش قاتم در پاشنه سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft و تغییر مکان افقی تاج سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft در 65/0m=. 92
شکل 4-24- به ترتیب تنش قاتم در پاشنه سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft و تغییر مکان افقی تاج سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft در 6/0m=. 93
شکل 4-25- به ترتیب تنش قاتم در پاشنه سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft و تغییر مکان افقی تاج سد تحت اثر مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft در 55/0m=. 94
شکل 4-26- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 7/0 m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله  Taft 98
شکل 4-27- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 65/0m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 98
شکل 4-28- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 6/0 m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله  Taft 99
شکل 4-29- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 55/0 m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Taft 99
شکل 4-30- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 7/0 m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 100
شکل 4-31- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 65/0m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 100
شکل 4-32- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 6/0m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 101
شکل 4-33- حداکثر تنش کششی پاشنه، در طول سد با 55/0m= تحت مؤلفه افقی و قائم زلزله Elcentro. 101

فصل اول–مقدمه و کلیات تحقیق
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1-1- مقدمه
از آنجا که آب مایه‌ی حیات در زندگی بشر می‌باشد، جهت ذخیره‌سازی برای استفاده بهینه از آن روش‌های مختلفی بكار گرفته می‌شود كه ساخت سد از جمله مهم‌ترین ابزار جهت ذخیره آن بشمار می‌رود. سدها در جوامع صنعتی بناهای مهمی محسوب می‌شوند چرا که علاوه بر ذخیره آب، مصرف شرب و کشاورزی، جهت تولید انرژی نیز از آن می‌توان استفاده کرد.
در ابتدای صنعت سدسازی، سد‌ها كوچك بوده که با پیشرفت علم و تكنولوژی‌، سدها بزرگ و حجم مخزن پشت سد نیز افزایش یافته است بنابراین تخریب سدهای بزرگ در زمان زلزله می‌تواند موجب خسارات عظیمی به مناطق پایین‌دست سد شود لذا با پیشرفت علوم مهندسی در تحلیل سازه سد، سعی بر ساخت سدهایی با ابعاد بهینه، اقتصادی و ایمن شده است. از طرفی بالا رفتن عمر سدها می ­تواند موجب کاهش عملکرد مناسب آنها گردد ضمن اینکه با بالا رفتن استانداردهای ایمنی، داشتن برنامه‌های مختلف و وسیع نوسازی و مقاوم‌سازی ضرورت ارزیابی ایمنی این سازه­ها اجتناب ناپذیر می­گردد.
1-2- بیان مسئله
سدهای بتنی وزنی به دلیل ساختمان ساده، سهولت در ساخت، ایمنی، در هر ارتفاع دلخواه و در شرایط مختلف طبیعی از جمله در شرایط سخت زمستانی به طور وسیعی در دنیا مورد توجه قرار گرفته‌اند. سدهای بتنی وزنی در محل‌هایی که دارای پی مستحکم باشند، احداث می‌شوند. در سدهای بتنی وزنی عمده پایداری سد ناشی از وزن سد بوده و ممکن است درصدی از وزن آب نیز به منظور افزایش پایداری کمک گرفته شود. نام سدهای وزنی از كلمه Gravity به معنی ثقل و سنگینی گرفته شده است كه دلیل آن نیز مقاومت و پایداری این نوع سدها در برابر نیروهای اصلی مؤثر، یعنی فشار افقی آب در اثر وزن سازه می‌باشد.
امروزه با توجه به پیشرفت علوم در طراحی سازه سد و به دلیل نیاز به افزایش ارتفاع در برخی از سدها یا عدم مقاومت كافی برخی سدهای بتنی وزنی در برابر نیروهای مختلف از جمله نیروی زلزله و نیروی زیر فشار لزوم مقاوم‌سازی این سازه‌ها اجتناب‌ناپذیر می‌باشد. همچنین بسیاری از سدهای قدیمی موجود براساس ضوابط قدیمی تحلیل و طراحی گردیده‌اند که با توجه به محدودیت‌های تغییر ضوابط آیین‌نامه، ضرورت بازنگری در سدهای بتنی موجود اجتناب‌ناپذیر می‌باشد که در این میان ممکن است بعضی سدها ضوابط آیین‌نامه را اقنا ننموده و نیاز به ترمیم و یا بهسازی داشته باشند. این ترمیم و یا بهسازی می‌تواند با بهره گرفتن از کابل پس‌تنیده صورت بگیرد. تكنیک پس تنیدگی یكی از راهكارهای مقاوم‌سازی جهت كاهش زیرفشار و حذف تنش‌های كششی در سدها می‌باشد که در این‌صورت لزوم تعیین فاصله بهینه بین کابل‌های پس‌تنیده اجتناب‌ناپذیر می‌باشد.
روش‌های گوناگونی جهت تحلیل این سازه ارائه شده که به طور عمده این روش‌ها را می­توان به دو دسته تحلیلی و عددی تقسیم کرد.
در روش تحلیلی اساس حل بر روابط منطقی و دقیق می‌باشد، به‌طوری‌که با تعیین معادله حاکم بر رفتار سد و مخزن، این معادله را می‌توان با روابط ریاضی به طور مستقیم حل نمود. این روش اولین بار در سال 1933 میلادی توسط وسترگارد[1] [40] مطرح شد که با ارائه روش جرم افزوده نگاه جدیدی از درک هیدرودینامیکی وارد برسد ارائه نمود.
پس از وسترگارد ، چوپرا[2] [14] و محققین دیگر روش‌های مختلفی را جهت حل تحلیلی معادلات حاکم بر سد و مخزن ارائه نمودند، که به آن پرداخته می‌شود.
حل دقیق وسترگارد و حتی محققین بعد از آن همراه با فرض‌های ساده شونده‌ای بود، که در صورت عدم در نظر گرفتن آنها و اعمال شرایط حقیقی به ویژه در هنگام اعمال نیروی زلزله، مسئله را بسیار پیچیده و غیرقابل حل می‌نمود. با توجه به پیچیدگی روش حل تحلیلی تحت شرایط حقیقی و یا پیشرفت تکنولوژی ، محققین روش‌های عددی را جهت حل این مسئله مورد مطالعه قرار دادند. این روش‌ها با حجم عملیاتی بالا متکی بر سرعت کامپیوترها در انجام حل تکراری یک الگوریتم مشخص می‌باشند.
تحلیل سدها به روش عددی با توجه به وجود سیال به‌عنوان محیط مخزن، برخلاف سازه‌های معمول دارای پیچیدگی‌های خاصی است. روش‌های مختلفی جهت مدل ریاضی سیال ارائه شده است که می‌توان این روش‌ها را به سه گروه عمده تقسیم نمود: روش اول جرم افزوده است که در این روش سیال به‌صورت یک جرم اضافی به بدنه سد اضافه شده و همراه با سد ارتعاش می‌کند. روش دوم ، روش اویلری است که در این روش به بررسی تاریخچه زمانی متغیر یک نقطه پرداخته می‌شود. روش سوم، روش لاگرانژی است که به بررسی متغیر مشخص در نقاط دلخواه می‌پردازد.
1-3- اهداف تحقیق
هدف از این تحقیق تحلیل سدهای بتنی وزنی پس‌تنیده و بدون پس‌تنیدگی و تعیین فاصله مناسب کابل‌های پس‌تنیده با توجه به شیب پایین‌دست می‌باشد. بر این اساس با توجه به شیب پایین‌دست سد فاصله و اندازه کابل‌ها را تغییر داده تا به ازای آن حجم بتن‌ریزی و نیز طول کابل مصرفی به حداقل مقدار خود برسد.
در این تحقیق پاسخ سیستم سد-پی-مخزن در حالت پس تنیده و بدون پس‌تنیدگی با مدل‌سازی به روش اجزا محدود براساس فرمول‌بندی لاگرانژی-لاگرانژ ی سیستم سد-پی-مخزن و نیز مدل‌سازی کابل تحت اثر زلزله مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور از نرم افزار Ansys که دارای قابلیت مدل‌سازی و گرافیكی

این مطلب را هم بخوانید :

پایان نامه رشته حقوق : اصل عدم مداخله

 بالائی می‌باشد جهت تحلیل دینامیکی سیستم مورد بررسی با فرض رفتار خطی مصالح استفاده و نتایج حاصل از تحلیل دینامیكی خطی سیستم در حالات مختلف مورد بررسی قرار گرفته است.

1-4- تعریف
در این تحقیق به جهت شناخت سیستم سد-پی-مخزن-کابل، نامگذاری بخش های یک سد بتنی وزنی مطابق شکل 1-1 می باشد.
شکل1- 1- مدل سد-پی-مخزن-کابل سد بتنی وزنی پس‌تنیده
1-5- فرضیات
فرضیات مورد استفاده در این تحقیق به شرح ذیل می باشند:

• رفتار مصالح سد و مخزن اعم از بتن، آب و كابل ایزوتروپ، همگن و خطی می‌باشد.
• تغییر شکل‌ها کوچک می باشد.
• اثر زلزله بر كل سیستم سد و مخزن به‌صورت یكنواخت می‌باشد.

1-6- نوآوری‌های تحقیق

• ارائه یک مدل نرم‌افزاری ترکیبی از سد بتنی وزنی به همراه کابل‌های پس‌تنیده با صفحه فولادی.
• مدل‌سازی پس‌تنیدگی با روش اعمال دما.
• تحلیل مدل سه بعدی سد بتنی وزنی با عرض نسبتاً واقعی.
• ارائه حدود فاصله مناسب کابل‌های پس‌تنیدگی برای بهسازی و مقاوم‌سازی سدهای بتنی وزنی پس‌تنیده.

1-7- ساختار كلی پایان‌نامه:
این پایان‌نامه در پنج فصل تهیه گردیده است كه به طور خلاصه به شرح زیر می‌باشند:

• در فصل اول مقدمه‌ای بر لزوم انجام و کلیاتی از کارهای انجام شده، ارائه می‌شود.
• در فصل دوم با در نظر گرفتن شرایط مسئله، معادلات حاکم بر مسئله معرفی و سپس خلاصه‌ای از مطالعات و کارهای انجام شده توسط سایر محققین ارائه می‌شود.
• در فصل سوم فرمول‌بندی ریاضی سیستم سد-پی- مخزن با احتساب اندرکنش و روش‌های حل دستگاه معادلات دینامیکی با بهره گرفتن از روش اجزای محدود معرفی و نیز چگونگی محاسبه کابل‌های پس‌تنیدگی و مدل‌سازی آن در روش اجزا محدود در تحلیل استاتیکی و دینامیکی ارائه می‌گردد.
• در فصل چهارم ابتدا صحت مدل‌سازی کامپیوتری مورد بررسی قرار گرفته و سپس نتایج تحلیل سیستم سد-پی-مخزن در حالت پس‌تنیده با قرارگیری کابل‌ها در نقاط مختلف و تغییر شیب پایین‌دست سد بررسی