تحلیل عددی ظرفیت باربری و نشست شمع‌های مارپیچی تحت بار کششی و فشاری

نوع: Type: پایان نامه

مقطع: Segment: کارشناسی ارشد

عنوان: Title: تحلیل عددی ظرفیت باربری و نشست شمع‌های مارپیچی تحت بار کششی و فشاری

ارائه دهنده: Provider: سارا بنده‌خدا - رشته عمران

اساتید راهنما: Supervisors: دکتر مسعود مکارچیان

اساتید مشاور: Advisory Professors:

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر عباس قدیمی و دکتر محمد ملکی

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: 1401/07/20 ساعت 18 الی 20

مکان ارائه: Place of presentation: دانشکده مهندسی

چکیده: Abstract: امروزه استفاده از شمع‌های مارپیچی به‌دلیل ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد آن‌ها رو به افزایش است. امروزه از این شمع‌ها برای تحمل بارهای فشاری، کششی و یا جانبی استفاده می‌شود. در سال‌های اخیر، کاربرد آن‌ها در پروژه‌های مهندسی جهت حمایت و علاج‌بخشی سازه‌ها تحت بارگذاری‌های مختلف و یا در حالت‌‌ استاتیکی و دینامیکی به دلیل مزایایی مانند: مقرون به‌صرفه بودن، روش نصب آسان در تمامی شرایط آب و هوایی، لرزش بسیار کم در طی نصب، امکان بارگذاری بلافاصله پس از نصب و وزن کم تجهیزات نصب گسترش یافته‌اند. این شمع‌ها در پروژه‌های مختلف در سراسر دنیا به‌منظور شالوده خانه‌ها، ساختمان‌های تجاری، تیر چراغ برق، پل‌های عابر پیاده، به‌عنوان المان پی‌بندی برای پی‌های معیوب و بهسازی پی جهت افزایش بار ساختمان و ... استفاده می‌شوند. در پژوهش کنونی، ظرفیت باربری و نشست شمع‌های مارپیچی در خاک ماسه‌ای و رسی تحت بارگذاری فشاری و کششی با استفاده از روش اجزای محدود و مدل‌سازی عددی در نرم‌افزار PLAXIS 3D, V.2020, Update4 مورد مطالعه قرار گرفته است. ابتدا با مقاله آزمایش‌ میدانی تحت بارگذاری فشاری و کششی صحت‌سنجی شده که نتیجه مورد تایید بود. سپس برای تحلیل حساسیت، عوامل موثر در مدل‌سازی مانند: هندسه و عمق مدل، ابعاد مدل‌سازی و نوع شبکه‌بندی مطالعه شد و پارامترهای مناسب برای مدل‌سازی‌ها انتخاب شدند. متغیرهای مورد بررسی این پژوهش شامل قطر پره‌های مارپیچی، طول شمع مارپیچی، فاصله پره‌های مارپیچی از یکدیگر، فاصله شمع‌های مارپیچی از یکدیگر در گروه شمع، نوع خاک محل و نوع بار (کششی، فشاری) است. قطر شفت مرکزی مقدار ثابت و برابر 324 میلی‌متر بوده است. نسبت قطر پره‌های مارپیچی به قطر شمع 2، 5/2، 3، 5/3 و 4 بوده، طول شمع مارپیچی 7، 8، 9، 10، 11 و 13 متر، فاصله پره‌های مارپیچی از یکدیگر 2، 5/2، 3، 5/3 و 4 برابر قطر پره بوده و هم‌چنین فاصله مرکز به مرکز شمع‌های مارپیچی در گروه 1، 2، 3 و 4 برابر قطر پره در نظر گرفته شده است. برای هر یک از حالات، با توجه به توصیه مراجع و معیار FHWA برای شمع‌های مارپیچی، نشستی به میزان 5 درصد قطر پره مارپیچی به شمع اعمال شده و ظرفیت باربری شمع‌های مارپیچی مدل‌سازی شده، محاسبه شده است. بررسی‌ها نشان دادند ظرفیت باربری شمع مارپیچی نسبت به شمع معمولی و بدون پره به‌میزان زیادی افزایش یافت. طبق انتظار، مشاهده شد ظرفیت باربری شمع‌های مارپیچی در خاک ماسه‌ای نسبت به خاک رسی و تحت بارگذاری فشاری نسبت به بارگذاری کششی مقدار بیشتری می‌باشد. با افزایش طول شمع، در هر دو نوع خاک و تحت بارگذاری فشاری و کششی، ظرفیت باربری افزایش یافته است. افزایش قطر پره مارپیچی نیز در هر دو نوع خاک و تحت بارگذاری‌های فشاری و کششی سبب افزایش ظرفیت باربری شده و روند افزایشی در ابتدا سریع‌تر بوده و به‌مرور کندتر شده است. افزایش فاصله پره‌های مارپیچی تا زمانی که شمع به‌صورت یکپارچه عمل کند و از مکانیسم برش استوانه‌ای خارج نشود، سبب افزایش ظرفیت باربری شده است. برای فاصله پره‌های مارپیچی، مرز انتقال از رفتار برش استوانه‌ای در خاک ماسه‌ای در فاصله حدود 3 برابر قطر پره و در خاک رسی در فاصله‌ بین 2 تا 3 (حدود 5/2) برابر قطر پره بوده است. افزایش فاصله شمع‌های مارپیچی در گروه که باعث کاهش هم‌پوشانی مناطق تحت تنش شده، سبب افزایش ظرفیت باربری می‌شود. برای به‌حداقل رساندن برهم‌کنش شمع‌های مارپیچی در گروه، فاصله شمع‌ها در گروه در خاک ماسه‌ای حداقل 3 برابر قطر پره مارپیچی و در خاک رسی حداقل 2 برابر قطر پره مارپیچی، مناسب بوده است. در انتهای پژوهش نیز مقادیر و روند تغییرات برای نتایج به‌دست آمده از تحلیل عددی با مقادیر نظری مقایسه شده که تطابق مناسبی داشتند.

فایل: ّFile: تنزيل فایل