تحلیل دینامیکی سازه های سنگی

پیشگفتار

بررسی پایداری و نحوه عملکرد سازه­های سنگی سطحی و زیرسطحی در مقابل نیروهای استاتیکی، شبه ­استاتیکی و دینامیکی از اهمیت فوق ­العاده­ای در مرحله طراحی، حین اجرا و در هنگام بهره ­برداری برخوردار است. در مقایسه با تحلیل­ های استاتیکی سازه­ های سنگی، تحلیل ­های دینامیکی به دلیل مدت زمان اثر خیلی کوتاه و عدم شناخت تمام عوامل موثر آن بر دگرشکل­ پذیری و پایداری این سازه ­ها کمتر مورد توجه قرار گرفته است.

این در کنار اعتقاد به عدم تأثیرپذیری و یا تأثیرپذیری ناچیز سازه­ های سنگی زیرزمینی از امواج لرزه ­ای ناشی از زلزله، انفجار، عملیات آتشباری، انفجار سنگها در بعضی منابع است. در حالیکه در واقعیت وقوع ناپایداری ­های متعدد در این فضاها، در صورت عدم در نظر گرفتن ملاحظات دینامیکی که منجر به خسارات جانی و مالی فراوانی شده است، خلاف این ادعا را ثابت کرده است. این مهم نویسندگان این اثر را بر آن داشت که یک تحقیق نظام ­مند در مورد عوامل ایجاد موج لرزه و مطالعات گذشته در مورد تحلیل لرزه­ای سازه­ های سنگی انجام دهند.

در این کتاب ابتدا به منشا عمده امواج لرزه ­ای در زمین و زلزله پرداخته شده و سپس تاریخچه مطالعات لرزه ­ای ساختارهای سنگی بررسی و مرور شده است. در فصول بعدی به تفکیک، تحلیل و طراحی سازه ­های سطحی و زیرزمینی در معرض زمین­ لرزه آورده شده است. با توجه به کمبود منابع چاپ شده و اهمیت تحلیل دینامیکی سازه­ های سنگی زیر سطحی در پروژه­­ های معدنکاری زیرزمینی، تونلها و فضاها زیرزمینی مرتبط با زیرساختهای شهری، تونلهای انتقال آب، راه و راه ­آهن، نیروگاه­ های زیرزمینی و دفینه­ های دفع زباله های سمی و خطرناک؛ در چند بخش جداگانه به تحلیل دینامیکی این فضاها پرداخته شده است.

مخاطبین این مجموعه تمام دانشجویان و کارشناسان مرتبط با علوم زمین در رشته­ های مهندسی مکانیک سنگ و ژئوتکنیک، معدن، بخش بالادستی مهندسی نفت، راه و راه­ آهن و سازه ­های آبی و دفاعی در مقاطع مختلف تحصیلی بویژه در مقطع کارشناسی ارشد و دکتری می ­­باشند.

در ترجمه و گردآوری مطالب سعی شده است امانتداری کامل نسبت به متون اصلی صورت گیرد و در هر جا در صورت لزوم توضیحات تکمیلی اضافه شده است. نویسندگان این اثر از نظرات سازنده متخصصین این فن استقبال و در نسخه ­های بعدی کتاب اعمال خواهند کرد.

در پایان از مدیریت انتشارات ارکان دانش جناب آقای مهندس ترابیان و همچنین کادر محترم انتشارات از جمله سرکار خانم مختاری که در مراحل مختلف تولید کتاب و بازبینی نهائی متن قبول زحمت کردند و سرکار خانم حمیده ختمی پناهی که زحمت صفحه آرائی، ادیت و طراحی روی جلد کتاب را بعهده داشتند کمال تشکر را داریم.

مترجمین ـ  بهار 1400

فهرست مطالب

پیشگفتار

فصل اول. زمین لرزه

1-1- عوامل تولید لرزش زمین و انواع زمین لرزه

1-2-  قدرت زمین ‌لرزه

1-3- روابط میرایی

1-3-1- متغیرهای مؤثر بر میرایی

1-3-2- انواع روابط میرایی

1-3-2-1- روابط تجربی

1-3-2-2- روابط میرایی نظری

1-4- طیف طرح

1-4-1- طیف مقیاس ‌دار شکل ثابت

1-4-2- طیف طرح روابط میرایی

1-4-3- طیف آسیب یکنواخت (UHC)

1-5- تعیین پارامترهای ژئومکانیکی دینامیکی

1-5-1- دستگاه میله فشاری ‌هاپکینسون (SHPB)

1-5-2- روابط تجربی محاسبه پارامترهای دینامیکی

1-5-3- ارتباط خواص فیزیکی و مکانیکی سنگ­ ها با ویژگی ­های انتشار امواج

1-5-4- تعيين مدول الاستيسيته ديناميکي (مدول یانگ دینامیکی)

1-5-5- تعيين دیگر ثابت‌ های الاستیک ديناميکي

1-5-6- ارتباط بین پارامترهای استاتیکی و دینامیکی توده سنگ

فصل دوم. تاریخچه مطالعه لرزه ­ای ساختارهای سنگی

2-1- مقدمه

2-2- ویژگی‌ های خاص ساختمانی و طراحی ساختارهای زیرزمینی

2-3- ثبت عملکرد سازه‌ های زیرزمینی حین زمین ‌لرزه‌ ها

2-3-1-  عبور تونل از ساختارهای با سختی متفاوت

2-3-2- عبور تونل از گسل

2-3-3- روانگرایی

4-2-2-1- لرزش زمین

4-2-2-2- شکست زمین

4-2-3- ارزیابی رفتار ساختار زیرزمینی در معرض لرزش

4-2-3-1- معیار بارگذاری

فصل پنجم. طراحی پایداری محوری ساختار زیرزمینی حین زمین ­لرزه

5-1- مقدمه

5-1-1- روش تغییرشکل میدان آزاد

5-1-2- روش اندرکنش سازه- خاک

5-1-3-  نگرش مدلسازی عددی

فصل ششم. تحلیل پایداری مقطعی ساختار زیرزمینی حین زمین لرزه

6-1- مقدمه

6-2- تغییرشکل بیضی‌شکل تونل دایروی

6-2-1- تغییرشکل ‌های برشی میدان آزاد

6-2-1-1- معادلات ساده‌ سازی ‌شده تغییرشکل برشی

6-2-1-2- سازگاری پوشش با تغییرشکل‌ های برشی میدان آزاد

6-2-1-3- اهمیت سختی پوشش

6-2-2- اندرکنش زمین- پوشش

6-2-2-1- جواب ‌های فرم بسته

6-2-2-2- تفاسیر جواب‌های فرم بسته

6-2-3- روش تحلیل‌ عددی تونل دایروی

6-2-3-1- محاسبه گشتاور خمشی حداکثر

6-2-3-2- انحنا حداکثر پوشش (ΔDlining)

6-2-3-3- نیروی‌ محوری حداکثر پوشش (Tmax)

6-2-3-4- سختی پوشش (I)

6-3- تغییرشکل اعوجاجی تونل مستطیلی

6-3-1- روش‌های فشار دینامیکی رانش خاک

6-3-1-1-روش اوکابه و مونونوبه (Wang, 1993)

6-3-1-2- روش وود (Wood, 1973)

6-3-2- روش تغییرشکل اعوجاجی میدان آزاد

6-3-3-  تحلیل اندرکنش زمین- تونل

6-3-4- مدل های ساده سازی شده تحلیل چهارچوب

6-3-5- روش تحلیل عددی

6-3-5-1- روش ارزیابی تغییرشکل توسط ضریب لرزه ‌ای به صورت شبه استاتیک

6-3-5-2- تحلیل شبه دینامیکی تاریخچه زمانی

6-3-5-3- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی

منابع

فهرست مطالب

پیشگفتار

فصل اول. زمین لرزه

1-1- عوامل تولید لرزش زمین و انواع زمین لرزه

1-2-  قدرت زمین ‌لرزه

1-3- روابط میرایی

1-3-1- متغیرهای مؤثر بر میرایی

1-3-2- انواع روابط میرایی

1-3-2-1- روابط تجربی

1-3-2-2- روابط میرایی نظری

1-4- طیف طرح

1-4-1- طیف مقیاس ‌دار شکل ثابت

1-4-2- طیف طرح روابط میرایی

1-4-3- طیف آسیب یکنواخت (UHC)

1-5- تعیین پارامترهای ژئومکانیکی دینامیکی

1-5-1- دستگاه میله فشاری ‌هاپکینسون (SHPB)

1-5-2- روابط تجربی محاسبه پارامترهای دینامیکی

1-5-3- ارتباط خواص فیزیکی و مکانیکی سنگ­ ها با ویژگی ­های انتشار امواج

1-5-4- تعيين مدول الاستيسيته ديناميکي (مدول یانگ دینامیکی)

1-5-5- تعيين دیگر ثابت‌ های الاستیک ديناميکي

1-5-6- ارتباط بین پارامترهای استاتیکی و دینامیکی توده سنگ

فصل دوم. تاریخچه مطالعه لرزه ­ای ساختارهای سنگی

2-1- مقدمه

2-2- ویژگی‌ های خاص ساختمانی و طراحی ساختارهای زیرزمینی

2-3- ثبت عملکرد سازه‌ های زیرزمینی حین زمین ‌لرزه‌ ها

2-3-1-  عبور تونل از ساختارهای با سختی متفاوت

2-3-2- عبور تونل از گسل

2-3-3- روانگرایی

4-2-2-1- لرزش زمین

4-2-2-2- شکست زمین

4-2-3- ارزیابی رفتار ساختار زیرزمینی در معرض لرزش

4-2-3-1- معیار بارگذاری

فصل پنجم. طراحی پایداری محوری ساختار زیرزمینی حین زمین ­لرزه

5-1- مقدمه

5-1-1- روش تغییرشکل میدان آزاد

5-1-2- روش اندرکنش سازه- خاک

5-1-3-  نگرش مدلسازی عددی

فصل ششم. تحلیل پایداری مقطعی ساختار زیرزمینی حین زمین لرزه

6-1- مقدمه

6-2- تغییرشکل بیضی‌شکل تونل دایروی

6-2-1- تغییرشکل ‌های برشی میدان آزاد

6-2-1-1- معادلات ساده‌ سازی ‌شده تغییرشکل برشی

6-2-1-2- سازگاری پوشش با تغییرشکل‌ های برشی میدان آزاد

6-2-1-3- اهمیت سختی پوشش

6-2-2- اندرکنش زمین- پوشش

6-2-2-1- جواب ‌های فرم بسته

6-2-2-2- تفاسیر جواب‌های فرم بسته

6-2-3- روش تحلیل‌ عددی تونل دایروی

6-2-3-1- محاسبه گشتاور خمشی حداکثر

6-2-3-2- انحنا حداکثر پوشش (ΔDlining)

6-2-3-3- نیروی‌ محوری حداکثر پوشش (Tmax)

6-2-3-4- سختی پوشش (I)

6-3- تغییرشکل اعوجاجی تونل مستطیلی

6-3-1- روش‌های فشار دینامیکی رانش خاک

6-3-1-1-روش اوکابه و مونونوبه (Wang, 1993)

6-3-1-2- روش وود (Wood, 1973)

6-3-2- روش تغییرشکل اعوجاجی میدان آزاد

6-3-3-  تحلیل اندرکنش زمین- تونل

6-3-4- مدل های ساده سازی شده تحلیل چهارچوب

6-3-5- روش تحلیل عددی

6-3-5-1- روش ارزیابی تغییرشکل توسط ضریب لرزه ‌ای به صورت شبه استاتیک

6-3-5-2- تحلیل شبه دینامیکی تاریخچه زمانی

6-3-5-3- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی

منابع