مقدمه :
پی ها از جمله مهمترین عناصر سازه ها می باشند كه درمهندسی عمران دارای اهمیت بسیار زیادی نسبت به روسازه می باشند چون اولا درصورت آسیب پیدا كردن پی ،كل سیستم سازه ای زیر سوال می رود و عملیات ترمیمی با توجه به اینكه قسمت اعظم سازه آسیب می بیند مقرون به صرفه نیست و ثانیا اینكه ما نسبت به زیر سازه و شرایط خاك محل عموما اطلاعات كافی و دقیقی نداریم و اینكه پی ها و خاك زیر آن دارای رفتار مشخص نیستند. لذا شناخت روش های تحلیل پی ها جهت آنالیز و طراحی صحیح پی ها از اهمیت بسزایی برخوردار می باشد .
روش های تحلیل پی های گسترده :
تحلیل پی های گسترده عموما به دو روش صلب و غیر صلب (انعطاف پذیر) صورت می گیرد . درفرض صلبیت فوندانسیون ها درمورد پی های منفرد با توجه به ابعاد متعارف آنها تا حدود زیادی نزدیك به واقعیت می باشد . اما درارتباط با پی های نواری و گسترده فرض صلبیت كامل پی چندان نزدیك به واقعیت نبوده و دربسیاری از موارد منجر به طراحی های دست بالا و بعضا نادرست می گردد . راه حل صلب جهت تحلیل پی ها به روش سنتی مبتنی برتعادل استاتیكی می باشد . دراین روش فرض می گردد كه پی به مراتب صلب تر و سخت ازخاك بستر بوده ،بدین معنی كه هرگونه تغییر شكل درپی به به اندازه ای كوچك است كه تاثیر معنا داری درتوزیع فشار كف پی ندارد .
بنابراین بزرگی و توزیع فشار كف پی فقط بستگی به وزن پی و بار وارده داشته و درصورت اعمال برایند بارها برمركز سطح پی عكس العمل یكنواخت و درغیر این صورت به صورت غیر یكنواخت خطی خواهد بود. بااین فرض و توزیع خطی فشار در زیر پی،محاسبه لنگرهای خمشی و نیز تغییر فرم پی برای پی های منفرد و گسترده ساده خواهد بو د.
اگر چه این نحوه تحلیل برای پی های منفرد مناسب می باشد، ولی بااین روش نمی توان پی های نواری و گسترده رابه درستی مدل نمود،زیرا نسبت عرض به ضخامت پی های گسترده خیلی بزرگ بوده و فرض صلبیت نزدیك به واقعیت نخواهد بود و فاقد ارزش است .
ازآنجا كه در روش های غیر صلب آثار تغییر شكل های موضعی پی درعكس العمل خاك زیر پی درنظر گرفته می شود . لذا نیاز به رابطه ای بین تنش و جابه جایی بوده كه این عمل بااستفاده از مدول عكس العمل بستر لحاظ می گردد.
q : فشار وارده از پی به زمین
S : میزان جابجایی پی
k : ضریب عكس العمل بستر
ضریب عكس العمل بستر یا دارای واحد نیرو برحجم بوده كه معمولا ازآزمایش بارگذاری صفحه به دست می آید . از معایب تحلیل غیر صلب پی ها این است كه استفاده ازآنها تاحدودی پیچیده بوده و با روش های دستی و ابزارهای معمولی مسیر نیست،زیرا آنها اندركش خاك – سازه و توزیع تنش درزیر پی به صورت ساده و خطی نمی باشد . لذا جهت تحلیل اندر كنش خاك و پی تعداد مجهولات و معادلات به حدی است كه تحلیل دستی مقدور نمی باشد .
به هر حال با توجه به حجم قابل توجه معادلات و محاسبات ماتریسی استفاد از كامپیوتر برای آنالیز پی ها الزامیست . دراین گونه نرم افزار ها اندركش پی نواری یا گسترده با خاك زیر پی توسط بستری از فنرها با سختی معادل مدل می شوند.
بخش هایی از پی كه تغییر شكل بیشتری را متحمل می شوند،فشارهای بیشتری را درفنرها پدید آورده كه مبین عكس العمل بیشتر بستر خواهد بود.
معرفی روشهای مدل سازی پی ها توسط فنرهای معادل :
1-روش كلاسیك (تیر بر بستر ارتجاعی)
مدل بستر ارتجاعی یا بسترمتشكل از فنر برای محاسبه تغییر شكل،ممان ها و نیروهای برشی پی نواری ویا گسترده به عنوان مبنای طراحی های سازه ای استفاده می شود . استفاده ا زفنرهای ارتجاعی كه بیانگر اندركنش خاك و پی می باشد توسط ونیكلر(Winkler) معرفی شده به همین علت مدل تحلیلی مورد استفاده، مدل و نیكلر خوانده می شود .
در روش كلاسیك عملكرد هر فنر خطی و مستقل ازدیگر فنرها بوده و همه فنرها دارای ثابت می باشند . استفاده از این مدل این مزیت را داراست كه افزایش فشار كف پی درزیر ستون ها را در برداشته و ازاین نظر حاوی بهبود قابل ملاحظه ای درتحلیل پی ها نسبت به روش صلب می باشد .
كه مدول زیر اساس و y مقدار خیز آن نقطه می باشد . زمانی كه درآنالیز پی های نواری مورد استفاده قرار می گیرد باید درپهنای نوار پی ضرب شود .
از محدودیت های مدل وینكلر می توان به موارد زیر اشاره كرد:
1-تغییر بار- جابجایی عملا غیرخطی است ولی دراین مدل با فرض خطی بودن عمل می كند.
2-وزن پی درتحلیل منظو نمی شود ،درصورتی كه درصورت تمایل به جدا شدن پی از روی زمین ،وزن فاكتور و قابل ملاحظه ایست .
3-وقتی كه درزیر پی كشش به وجود می آید ، علی رغم عدم تحمل كشش ، اندر كنش خاك و پی درفنرها صفر منظور نمی شود .
4-اعمال انواع مختلف بارگذاریها بر روی پی امكانپذیر نیست .
5-فنر ها نباید مستقل از یكدیگر عمل نموده،و عملا عكس العمل فشاری دركف پی متاثر از فنرهای اطراف ونه فقط یك فنر خواهد بود.
6-به علت وقوع نشست های غیر یكنواخت و آثار فنرهای مجاور عكس العمل دریك نقطه ،فرض استفاده از یك درزیر پی جهت ملاحظه اندركش خاك و پی زیر آن نادرست است . (پدیده كاسه ای شدن پی ها)
2-تحیلل غیر كلاسیك (متدفنرهای مزدوج ):
دراین روش همانند شكل زیر از فنرهای اضافی استفاده می شود . دراین روش عملكرد فنرهای قائم به صورت انفرادی نبوده و پی گسترده با بارگذاری یكنواخت،شكل مورد نظر كاسه ای را پیدا خواهد نمود كه مطابق با واقعیت می باشد .
مطالعات روی مدل فیزیكی حكایت از نتایج نسبتا منطقی دارد كه مقادیر درحوالی لبه های پی گسترده تقریبا دو برابر مقادیر مربوط درمركز پی می باشد . فنرهای درحوالی لبه پی گسترده باید سخت تر از فنرهای كناری بوده تا بتوان حالت كاسه ای شدن را اعمال نمود. كه ازآن به عنوان متد شبه مزدوج یاد می شود .
معرفی برخی از نرم افزارهای تحلیل پی ها :
امروزه تعداد قابل ملاحظه ای نرم افزار با استفاده ازروش اجزاء محدود برای تحلیل پی ها به صورت انعطاف پذیر وجود دارند كه ازآن ها می توان برای آنالیز پی ها استفاده كرد كه شامل نرم افزارهای ذیل می شود :
1-بسته نرم افزاریSAFE
2-بسته نرم افزاری SAP
3-بسته نرم افزاری MAT3D,Foundation 3D
4-بسته نرم افزاری STAD PRO
5-بسته نرم افزاری ANSYS
از اكثر نرم افزارهای اجزای محدود می توان برای مدلسازی دال و پی ها استفاده نمود. یكی از ایرادات چنین نرم افزارها این است كه مدلسازی با آنها برای كاربر مشكل و پرزحمت است به علاوه دراین گونه نرم افزارها، الگوریتم طراحی مناسب كه بتواند بااستفاده از نتایج تحلیل به طراحی بپردازد،وجود ندارد . برنامه SAFE به منظور كاهش ساعت كاری مهندسان و همچنین كاستن مدت زمانی كه برای طراحی پی ها و دال ها مصرف می شود ،طراحی شده است .
یكی از قویترین مراكز تهیه و توزیع نرم افزارهای تحلیل و طراحی سازه ها،موسسه كامپیوتر ها وسازه ها (CSI) وابسته به دانشگاه بركلی كالیفرنیا می باشد . این موسسه دراوائل دهه 70اولین سری نرم افزار های خود را وارد بازار كرد . درطی دهه های بعدی این موسسه به سرپرستی اساتیدی همچون پرفسور ادوارد ویلسون و پرفسور اشرف حبیب ا.. موقعیت های قابل توجهی درتكامل نرم افزارهای ساختمانی بدست آورند. برنامه SAFE یكی از محصولات كمپانی CSI می باشد كه برای تحلیل وطراحی پی ها ودال ها تهیه شده است .
مهمترین قالبیت های برنامه SAFE عبارتند از :
-مدلسازی دال های مختلف و پی های تكی ،نواری و گسترده
-تحلیل حذف كشش تكیه گاه خاك
-تحلیل اثر ترك خوردگی دال ها
-طراحی پی ها و دال ها براساس نوارهای طراحی
-كنترل برش پانچ
دربرنامه SAFE جهت تعریف مدول عكس العمل بستر از گزینه
Define menu>Soil supports استفاده می شود .
لذا تحلیل دقیق پی ها نیازمند استفاده از مناسب ترین مقدار مدول عكس العمل بستر می باشد . دربعضی از مراجع به صورت تعریف شده كه این فرمول به صورت تقریبی بوده و فاقد ارزش واقعی می باشد زیرا میزان براساس آزمایش بارگذاری صفحه بدست می آید دراین آزمایش براساس رسم دیاگرام بار- نشست ناشی از بارگذاری یك صفحه مریعی به ابعاد 1فوت بر روی خاك،میزان عكس العمل بستر خاك را تخمین می زنند.
علاوه براستفاده ازنتایج آزمایش بارگذاری صفحه استفاده از جداولی نظیر آنچه كه توسط ترزاقی 1995 ارائه شده است می توان جهت تخمین عكس العمل بستر خاك استفاده نمود.
تبادل
لینک هوشمند