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 پلاستیك

 

50 3-8-2- محاسبه‌ تحكیم

 

50 3-8-3- تحلیل ایمنی

 

50 4-محاسبه براساس شبكه‌بندی 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 اشكال

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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
شكل (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
شكل(4-11)-كنتورهای 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

 
 
 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r0:	شعاع خارجی پی حلقوی
Si:	نشست آنی
Sc:	نشست تحکیم
σ0:	تنش اولیه
ko:	ضریب فشار خاک در حالت سکون
kp:	ضریب فشار خاک در حالت مقاوم
A:	ضریب فشار آب حفره‏ای
ψ:	زاویه اتساع
G:	مدول برشی
K:	مدول بالک
Eoed:	سختی بارگذاری ادئومتری
x    K:	ضریب نفوذپذیری در جهت افقی
z K:	ضریب نفوذپذیری در جهت قائم

چکیده
امروزه کم و بیش از پی‏های حلقوی برای سازه‏ها بویژه سازه‏هایی که حالت تقارن محوری دارند استفاده می‏شود. در این پژوهش یک مطالعه عددی روی ظرفیت باربری و نشست پی حلقوی انجام شد. برای مدل سازی از نرم‏افزار PLAXIS استفاده شد. پارامترهای مصالح از مشخصات خاک رس محل ساخت برج‏های خنک کننده سیکل ترکیبی نیروگاه کازرون انتخاب شد. برای مدل سازی مصالح از مدل مور-کولمب استفاده شد. محاسبات ظرفیت باربری در دو حالت پی صاف و پی زبر انجام شد و بر اساس آن ضرایب ظرفیت باربری محاسبه شد. نشست پی حلقوی برج خنک کننده نیروگاه کازرون محاسبه شد. سپس بر اساس محاسبات ظرفیت باربری و نشست، ظرفیت باربری مجاز پی حلقوی نیروگاه کازرون محاسبه شد. از نتایج حاصل مشخص شد که ظرفیت باربری پی زبر به مقدار قابل ملاحظه‏ای از ظرفیت باربری پی صاف بیشتر است. همچنین مشخص شد که با افزایش ri/ro (نسبت شعاع داخلی به شعاع خارجی پی حلقوی) رفتار پی حلقوی به پی نواری نزدیک می‏شود. نتایج بدست آمده از محاسبات ظرفیت باربری و نشست با نتایج تئوری‏ها و روابط موجود مقایسه شده است.
کلمات کلیدی: پی حلقوی، نسبت شعاع، ظرفیت باربری، نشست
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Abstract
 
Nowadays, more and more ring footings are used in practice special for axisymmetric structures. In this research, a numerical analysis was performed using PLAXIS software for calculating bearing capacity and settlement of ring footing. The parameters used in this research are the results of geotechnical studies of Kazeroon cooling tower. The analysis was carried out using Mohr-Coulomb’s criterion for soil.
Bearing capacity was calculated for smooth and rough ring footing and then the bearing capacity factors were calculated. Settlement of Kazeroon cooling tower was calculated. The analysis indicated that the bearing capacity of rough ring footing is obviously higher than the bearing capacity of smooth footing. In addition, the analysis indicated that behavior of ring footing get to behavior of strip footing with increase ri/ro, which is the ratio of internal radius to external radius of the ring. Finally, the results were compared with those available in the literature.
Keywords: Ring footings, Radius ratio, bearing capacity, Settlement
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فصل اول
 
 
کلیات
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1-1- 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 می‏داده ‏اند[2].
 
 
 
 
شکل(1-1)- (   ) موقعیت جغرافیایی نیروگاه کازرون