پی به مجموعه‌هایی از سازه و خاک تکیه‌گاه که کار انتقال بارهای سازه به تکیه‌گاه و یا به اعماق زمین را انجام می‌دهند گفته می‌شود. پی‌های مورد استفاده در ساختمان‌ها و دیگر ابنیه فنی را می‌توان از جهات مختلف طبقه‌بندی نمود. به عنوان مثال، از نظر مصالح تشکیل دهنده انواع زیر قابل ذکر می‌باشند:
- مصالح بنایی (شفته آهک و...)
- بتنی غیرمسلح
- بتنی مسلح یا پیش تنیده
- فلزی
- چوبی
همچنین می‌توان پی‌ها را بر حسب عرض و عمق قرارگیری آنها در خاک، به ترتیب زیر طبقه‌بندی نمود:
- سطحی
- نیمه عمیق
- عمیق
اگر طول و عرض پی به ترتیب با B, L و عمق پی (کمترین فاصله کف پی از سطح زمین) با D نشان داده شود، بنا به قرارداد برای پی‌های سطحی نسبت D/B همواره کمتر از 4، برای پی‌های نیمه عمیق بین 4 و 10 و برای پی‌های عمیق بیش از 10 می‌باشد.
1-1-1) پی عمیق یا شمع
شمع‌ها اعضای سازه‌ای از جنس چوب، بتن یا فولاد می‌باشند که به منظور انتقال بارهای سطحی به اعماق زمین مورد استفاده قرار می‌گیرند. مخارج احداث شمع‌ها خیلی بیشتر از پی‌های سطحی می‌باشد. علیرغم مخارج بیشتر، در عمل موارد متعددی وجود دارد که برای ایمنی سازه در مقابل نشست و عوامل دیگر، از شمع‌ها استفاده می‌شود. بعضی از شرایطی که ممکن است استفاده از شمع توجیه‌پذیر باشد، عبارتند از:
- وقتی که لایه یا لایه‌های فوقانی خاک دارای قابلیت فشردگی زیاد و یا خیلی ضعیف باشند، به طوری که نتوان از پس سطحی برای انتقال بار استفاده نمود، شمع‌ها برای انتقال بار به لایه‌های تحتانی محکم‌تر و یا سنگ بستر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- اگر شمع‌ها تحت تاثیر نیروی افقی قرار گیرند، در این صور مقاومت خمشی شمع برای انتقال بار بکار گرفته می‌شود. این وضعیت اغلب در شالوده سازه‌های حایل خاک که وظیفه آنها مقاومت در مقابل فشار جانبی خاک است و یا سازه‌های بلند که تحت تاثیر نیروهای باد یا زلزله قرار دارند، پیش می‌آید.
- در خیلی از موارد در منطقه مورد نظر برای احداث سازه، خاک قابل تورم و یا فروریزشی (رمبنده) وجود دارد. این لایه‌ها ممکن است دارای عمق قابل توجهی باشند. خاک‌های قابل تورم در اثر افزایش یا کاهش میزان رطوبت، تورم و یا کاهش حجم پیدا می‌کنند. فشار تورم چنین خاک‌هایی ممکن است به طور قابل توجهی زیاد باشد. اگر در چنین خاک‌هایی از پی سطحی استفاده شود، سازه ممکن است با صدمات جدی روبرو شود. در این حالت استفاده از شمع‌هایی که از لایه قابل تورم عبور کرده و وارد لایه پایدار شوند، مفید می‌باشد.
- شالوده بعضی سازه‌ها نظیر انتقال برق، اسکله‌ها و شالوده‌های گسترده در زیر آب زیرزمینی تحت تاثیر نیروی برکنش قرار دارند. در برخی موارد برای مقابله با نیروی برکنش از شمع استفاده می‌شود.
- به خاطر وجود مساله آب شستگی و فرسایش در محل پایه‌های پل، این پایه‌ها اغلب بر روی شالوه‌های شمعی احداث می‌شوند.
- در بسیاری از موارد به منظور کاهش دامنه حرکت ماشین‌آلات لرزنده و چرخشی و کنترل فرکانس طبیعی سیستم پی ـ خاک ـ ماشین از شمع استفاده می‌شود.
1-2) بیان مساله
ضریب اندرکنش شمع ـ خاک ـ شمع، عبارت است از نسبت نشست شمع بدون بار در اثر بارگذاری شمع مجاور به نشست شمع بارگذاری شده. محاسبه ضریب اندرکنش شمع ـ خاک ـ شمع در بررسی عملکرد و طراحی گروه شمع از اهمیت انکارناپذیر برخودار است و حتی می‌توان آن را مهمترین عامل مورد نیاز جهت طراحی و یا تحلیل عملکرد گروه شمع دانست که علیرغم اهمیت آن در بسیاری از موارد به دلیل حجم زیاد عملیات و پیچیدگی مباحث مرتبط، از منظور نمودن آن در مطالعات مربوط به گروه شمع صرف‌نظر می‌شود. در این پژوهش سعی شده است نحوه محاسبه و تحلیل این ضریب با دقت قابل قبول جهت استفاده در تحلیل‌ها و طراحی‌ها ارائه شود و ضریب اندرکنش شمع ـ خاک ـ شمع در حالت استاتیکی و دینامیکی در خاک‌های لایه‌ای، بدون محدودیت در تعداد لایه‌ها، بسط داده شود.
فصل اول 1-1) مقدمه
چند روش مختلف جهت تعیین ظرفیت باربری استاتیکی شمع شامل تعیین مقاومت اصطکاکی و مقاومت نوک شمع در حالت نهائی براساس پارامترهای مقاومت برشی خاک می‌باشد. بایستی به این نکته توجه داشت که در زمان بهره برداری، بسته به ضریب اطمینان طرح، بار محوری وارده به شمع بین 5/1 تا 3 برابر کمتر از بار نهائی است. همان طور که می‌دانیم طراحی شمع به طور کلی توسط سه فاکتور کنترل می‌گردد:
- ظرفیت باربری
- نشست
- مقاومت سازه ای
نشست و مقاومت سازه ای با در نظر گرفتن بار سرویس یا بارهای زمان بهره برداری کنترل و یا تعیین می‌گردند و حال آنکه ظرفیت باربری، توان حداکثر خاک اطراف و کف شمع است. برای این منظور ضرورت دارد که توزیع نیروی محوری داخل شمع در مراحل مختلف بارگذاری و همچنین اندرکنش خاک – شمع تحت اثر بار محوری تبیین گردد.
در این فصل "روش متحد طراحی شمع منفرد یا گروه شمع" که در آن ظرفیت باربری، نشست و مسئله اصطکاک منفی بطور همزمان و یکجا بررسی می‌گردند، ارائه می‌شود (Fellenius, 1988, 1991). در ابتدا محل " صفحه خنثی" تعیین می‌گردد. در مرحله بعد مقاومت سازه ای شمع کنترل شده و سپس با استفاده از مفهوم پی معادل در محل صفحه خنثی، نشست شمع یا گروه شمع محاسبه می‌گردد. در خاتمه ظرفیت باربری شمع کنترل می‌شود. روش طراحی متحد روشی تکرار شونده است زیرا مقدار نیروی محوری وارده و همچنین طول انتخابی شمع، بر محل صفحه خنثی، نیروی کشانه (ناشی از اصطکاک منفی)، ظرفیت سازه ای، نشست و همچنین ظرفیت باربری تأثیرگذار هستند.
در این فصل به بحث مواردی مانند نیروهای پس ماند در شمع در اثر کوبش، اصطکاک منفی و اثر آن بر محاسبه ظرفیت باربری پرداخته می‌شود. همچنین در مورد وجود نیروهای پس ماند و ارتباط آن با مفهوم عمق بحرانی بحث هائی مطرح می‌شود. مراحل محاسبه نشست شمع براساس روش متحد طراحی توضیح داده می‌شود. در خاتمه نکاتی در ارتباط با طرح سازه ای شمع ارائه می‌گردد.
1-2) اصطکاک بین شمع و خاک
مطابق شکل (1-1)، حالت A، یک شمع را در وضعیت اعمال بار فشاری به سر شمع نشان می‌دهد که حالت متعارف و متداول اعمال بار محوری به شمع است. انتقال بار از شمع به خاک موجب افزایش تنش موثر (افزایش در شکل) در خاک شده که باعث افزایش نیروی فشاری در شمع می‌شود. در نتیجه ضریب فشار جانبی خاک (Ks) نیز افزایشی را نشان می‌دهد. کلیه تغییرات فوق در شکل (1-1-A) به طور سمبلیک نمایش داده شده اند. خطوط پر در شکل معرف وضعیت اولیه و خط چین‌ها معرف وضعیت بعد از اعمال بار هستند.
حالت B، وضعیت یک شمع تحت اثر بار محوری کششی (مثلاً وضعیت نیروی برکنش یا زیر فشار) را نشان می‌دهد. در این حالت المان شمع تحت اثر نیروی کششی بوده، تنش موثر در خاک کاهش یافته و قطر شمع نیر کاهش می‌یابد.
حات C، اثر اصطکاک جدار منفی را روی شمع نشان می‌دهد که در آن تنش موثر در خاک اطراف شمع کاهش یافته، اما بر خلاف حالت B، تنش محوری در شمع افزایش یافته (افزایش نیروی فشاری در شمع) و در نتیجه قطر شمع نیز افزایش می‌یابد. چنانچه قرار باشد اثر اصطکاک جدار منفی روی شمع آزمایش شود، می‌توان مانند حالت D، شمع را توسط کابل از نوک به بالا کشید. جالب توجه است که علیرغم آنکه جهت تغییر شکل خاک اطراف برای حالتهای C و D عکس یکدیگر است، ام جهت تنش اصطکاکی ناشی از خاک روی جدارۀ شمع، تغییر قطر شمع، تغییر تنش موثر در خاک اطراف و تغییر ضریب فشار جانبی برای هر دو حالت دقیقاً یکسان است.
بالاخره حالت E آزمایش اعمال بار فشاری به نوک شمع را نشان می‌دهد که معرف اثر خاک‌های متورم شونده (حالت F) روی شمع است. این حالت که در واقع عکس اثر اصطکاک منفی است، موجب کاهش قطر شمع و افزایش تنش موثر در خاک اطراف می‌گردد.
نکته حائز اهمیت در 6 حالت فوق آن است که اثر اصطکاک جداری روی شمع، بسته به نوع بارگذاری یا (الف) تنش رو به بالا ایجاد می‌کند که این وضعیت « اصطکاک مثبت» نامیده می‌شود (حالتهای A، E و F) و یا (ب) تنش رو به پائین ایجاد می‌کند که این وضعیت «اصطکاک جدار منفی» نامیده می‌شود. (حالتهای B، C و D). بدیهی است تصور شود در شرایط اصطکاک مثبت که توأم با افزایش قطر شمع نیز است، نیروی اصطکاکی بیشتری بین شمع و خاک در مقایسه با شرایط اصطکاک منفی فعال شود. علت آن کاهش فشار جانبی در کاهش قطر شمع است.
فهرست مندرجات:
1-2) اصطکاک بین شمع و خاک... 5
1-3) شرایط فعال شدن مقاومت نوک... 8
1-4) مقاومت در انتهای کوبش و در کوبش مجدد. 9
1-5) نیروهای پس ماند در شمع. 10
1-7-1) روش سنتی متداول (Conventional approach) 17
1-7-2) روش مدول تانژانت جانبو. 19
1-7-3) محاسبۀ نشست گروه شمع. 22
1-7-4) خلاصۀ محاسبات نشست... 23
2-2-1) اندرکنش تنه شمع با خاک لایه بالا. 27
2-2-2) اندرکنش نوک شمع با خاک لایه پایین.. 28
2-2-3) ترکیب بار انتقالی توسط تنه و نوک شمع. 28
2-3) اندرکنش شمع – خاک – شمع تحت بار قائم استاتیکی.. 30
2-3-3) روش جزتاس و میلانوکیس.... 36
3-1-2) تحلیل سیستم پیوسته برای شمع تحت بار محوری دینامیکی.. 43
3-2) نشست شمع منفرد تحت بار قائم دینامیکی.. 44
3-3) اندرکنش دینامیکی شمع- خاک- شمع. 46
3-3-1) نشست شمع دریافت کننده (بدون بار) 47
3-4-2) ضریب اندرکنش دینامیکی.. 51
4-2) ضریب اندرکنش استاتیکی تحت بار قائم در خاک‌های لایه‌ای.. 66
4-2-2) نشست شمع دریافت‌کننده 68
4-2-3) محاسبه ضریب اندرکنش.... 71
4-2-4) مطالعات پارمتریک برای ضریب اندرکنش استاتیکی.. 71
4-3) ضریب اندرکنش دینامیکی تحت بار قائم در خاک‌های لایه‌ای.. 75
4-3-1) نشست شمع مرجع تحت بار قائم استاتیکی.. 75
4-3-2) نشست شمع مرجع تحت بار قائم دینامیکی.. 76
4-3-4) محاسبه ضریب اندرکنش.... 79
4-3-5) مطالعات پارامتریک برای ضریب اندرکنش دینامیکی 79
شامل 95 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود تحقیق پی عمیق یا شمع