تحلیل دینامیکی غیر خطی سدهای بتنی قوسی تحت بارگذاری ضربه ای پرتابه
چکیده
هدف از این پایان نامه کسب آگاهی بیشتر از عملکرد سازه های بتنی بخصوص سدهای بتنی قوسی تحت بارگذاری ضربه ای می باشد. یکی از اثرات بارگذاری ضربه ای نفوذ پرتابه در بتن می باشد. برای محاسبه این عمق روابط تحلیلی و تجربی متعددی در مراجع فنی ارائه شده اند. طی تحقیق انجام شده در خصوص محاسبه عمق نفوذ توسط روابط تجربی و تحلیلی مشخص گردید که این روابط نمی توانند عمق نفوذ را با دقت لازمه محاسبه نموده و چگونگی رفتار، عملکرد و ابعاد خسارت را در سازه بتنی ارائه نمایند. نتایج بررسی نشان می دهند که از بین روابط تجربی ارائه شده برای محاسبه عمق نفوذ پرتابه در بتن، رابطه گروه مهندسی ارتش آمریکا از دقت بالاتر و حوزه کاربری گسترده ای برخوردار می باشد بگونه ای که این رابطه طی محاسبات انجام شده دقتی در حدود 70 درصد دارد. بنابراین برای رسیدن به نتایج بهتر باید از روش مناسب دیگری جهت این امر استفاده نمود. روش شبیه سازی عددی به علت کارایی مناسب در تحلیل مسائل پیچیده مانند بارگذاری ضربه ای بتن، گزینه مناسبی جهت استفاده در تحلیل های این تحقیق می باشد. در شبیه سازی عددی علاوه برعمق نفوذ می توان دیگر ابعاد خسارت از جمله نحوه گسترش ترک ها و ابعاد قلوه کنی ، پوسته شدگی و نیز توزیع تنش و کرنش ها و.... را به صورت مصور ارائه نمود. در شبیه سازی عددی برعکس روابط تجربی و تحلیلی می توان تمامی جزئیات سازه از قبیل شکل هندسی، شرایط اولیه، مرزی، اندرکنش بین اجزا مدلسازی شده و بارگذاری های مختلف که درحالت واقعی به سازه اعمال می شود را شبیه سازی نمود تا نتایج تحلیل ها بر اساس شرایط واقعی بدست آیند. بعد از بررسی های انجام شده جهت تحلیل های این مطالعه روش شبیه سازی عددی بر مبنای المان محدود مبتنی بر روش صریح انتخاب گردید، و مدل مقاومت و شکست (rht) به همراه معادله حالت (p-?) که بر مبنای پلاستیسته می باشد به عنوان یک مدل ماده کار آمد و دقیق جهت شبیه سازی بتن تحت بارگذاری های بسیار شدید با نرخ کرنش بالا همانند بارگذاری ضربه ای بتن شناخته شد، که نرم افزار اتوداین (autodyn) توانایی تحلیل این نوع از شبیه سازی ها را دارد. از آنجائیکه نتایج شبیه سازی عددی باید دارای دقت لازمه در مقایسه با نتایج تجربی و آزمایشگاهی باشند، لذا جهت این امر ابتدا باید ثوابت و عواملی که در نتایج محاسبات دخیل می باشند توسط شبیه سازی آزمایشات تجربی و انطباق نتایج آن با نتایج آزمایشات تجربی کالیبره شوند تا خطا در نتایج شبیه سازی مسئله به حداقل برسد. بنابراین در این پایان نامه در ابتدا ضرائب مدل (rht) کالیبره گردید. در این کالیبراسیون، سیزده پارامتر از قبیل مقادیر مقاومت پسماند، توان مقاومت پسماند، توان نرخ کرنش کششی، ثابت سطح شکست کامل، معیار فرسایش، خطای انرژی، اصطکاک ، وزن مخصوص پرتابه و شکل پرتابه و..... مورد بررسی قرار گرفت و مقادیر پیشنهادی برای آنها با توجه به تحلیل های صورت گرفته انتخاب گردیدند. شبیه سازی عددی نمونه های آزمایشات تجربی بوسیله مدل پلاستیسیته (rht) کالیبره شده، انجام و نتایجی با دقت حدود صددرصد بدست آمد و در ادامه مدل کالیبره شده، در تحلیل غیرخطی یک سد بتنی قوسی مورد استفاده قرار گرفت. طی بررسی هایی که در بارگذاری ضربه ای توسط پرتابه انجام شد مشخص گردید که نوع و شکل سازه هدف و پرتابه در روند بارگذاری ضربه ای تاثیر گذار می باشند و در نواحی که نفوذ در قسمت مقعر سازه و یا در نواحی که ضخامت متغیر می باشد، مسیر نفوذ پرتابه با انحراف همراه خواهد بود که این امر به علت متغیر بودن نیروی عکس العمل اعمالی بر پرتابه می باشد. غیر از محل بارگذاری ضربه ای و نواحی اطراف آن پاشنه سد و تکیه گاه های پیرامونی و مناطق نزدیک به آنها با توجه به ارتفاع محل اصابت، تحت تاثیر بارگذاری ضربه ای می باشند به نحوی که هر چقدر محل بارگذاری در ارتفاع پایین تر باشد تمرکز تنش وکرنش های شدید در پاشنه و محل های نزدیک آن می باشد و بالعکس هر چقدر ارتفاع محل بارگذاری بالاتر باشد نواحی تاثیر پذیر تکیه گاه های پیرامونی و نقاط نزدیک به آن خواهد بود. در بررسی های انجام شده در این تحقیق مشخص گردید که سد های بتنی قوسی دارای عملکرد مناسبی در برابر بارگذاری ضربه ای دارند بگونه ای که در برابر ابعاد خسارت های وارده ناشی از بارگذاری ضربه ای پرتابه، سازه پاسخ مناسبی را نشان داده و پایداری خود را حفظ می نماید. البته این نتیجه با عدم احتساب درزه های ساختمانی و درزه های سرد در مدل سازه ای بدست آمده است و احتساب این درزه ها می تواند منجر به نتایجی متفاوت در مورد پایداری سد شود.