عنوان پایان‌نامه
روش تحلیلی جدید برای حل مسئله اندرکنش سد مخزن و پی
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - سازه‌های هیدرولیکی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1613;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 51948
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۹۰
- دانشجو
- امیرحسین باقری
- استاد راهنما
- رضا عطارنژاد
- چکیده
- بررسی و پیش بینی رفتار سدها در حین زلزله برای پیشگیری از خسارات فراوان ناشی از زلزله بسیار مهم است. دانشمندان ابتدا با استفاده از روابط و ابزار تحلیلی به حل این مسئله پرداختند که طبیعتا محدودیت خاص این روشها را داشت. با پیدایش رایانه روشهای عددی پیشرفت قابل ملاحظه‌ای داشتند که البته با محدودیتهایی نیز مواجه بودند. سپس ترکیب روشهای عددی و تحلیلی مورد توجه قرار گرفت که منجر به ارائه روشهای نیمه تحلیلی برای حل مسئله اندرکنش سد ، مخزن و فونداسیون گردید. در این روشها سعی میگردد که از مزایای هر دو نوع روش قبل استفاده شود.عوامل مختلفی در اندرکنش سیستم سازه-سیال-پی موثر هستند که از آنجمله اثر عواملی مانند جذب انرژی در کف در اثر وجود رسوبات، مولفه قائم شتاب زلزله، تراکم پذیری آب درمخزن و اثر میرایی، انعطاف پذیری، صلبیت بستر و تغییرشکل های برشی و در سد می باشد. وارد کردن اثر هر کدام از این عوامل، خصوصا در روشهای تحلیلی، تغییرات عمده ای در روش حل مسئله می گذارد و گاه به غیر ممکن شدن حل تحلیلی می انجامد. در این رساله ابتدا حل فشار هیدرودینامیک با وارد کردن اثر مولفه قائم شتاب زلزله با اصلاح روش لی و تسای بدست می آید و با مدل کردن سد به صورت یک تیر و با استفاده از روابط موجود برای فرکانسها و اشکال مودی، پاسخ سد بدست می آید. سپس با فرض تحریک هارمونیک حل تحلیلی دیگری با در نظر گرفتن اثر رسوب کف و مولفه قائم زلزله برای فشار هیدرودینامیک بوجود آمده در مخزن یک سد صلب در اثر زلزله ارائه میگردد. در تحقیقات بعدی می‌توان روش مذکور را با استفاده از تکنیکهایی مانند DFT و FFT به راحتی تکمیل کرده و پاسخ سد را برای زلزله‌های واقعی بدست آورد. در روش نخست، -بر خلاف روش دوم- سد بصورت یک تیر طره انعطاف پذیر فرض میگردد. سد با مقطع متغیر فرض شده و اثر میرایی نیز وارد گردیده است. برای حل معادله دیفرانسیل مشتقات جزئی حاکم بر مخزن از روش جداسازی متغیر ها استفاده گردیده است و با استفاده از تکنیک های حل این دست معادلات از جمله همگن سازی شرط مرزی و استفاده از پایه های اشترم توابع شرایط مرزی ارضا می گردند. به منظور مدل کردن خاصیت ارتجاعی بستر سد نیز، از فنرهای انتقالی و پیچشی در زیر سد استفداده می گردد. در مرز دور دست شرط تشعشع سامرفلد بصورت دقیق ارضا می گردد و تراکم پذیری سیال در نظر گرفته می شود. روش نخست ارائه شده از این جهت نیمه تحلیلی نامیده می شوند که انتگرالهای حاصله بعضا به صورت تحلیلی قابل حل نبوده و برای این منظور ناچار به استفاده از روشهای عددی هستیم. در نهایت برای درک تاثیر هر کدام از عوامل و دریافت درک بهتری از واقعیت مسئله، نمودارهای پاسخ سیستم در شرایط مختلف ارائه می گردد و پاسخها در شرایط مختلف با هم مورد مقایسه قرار می گیرند. نتایج بدست آمده حاکی از تاثیر بسزای مولفه قائم زلزله و رسوبات کف است.
- Abstract
- Analytical methods were primarily used to study the problem of dam-reservoir-foundation. Invention of the computers caused many improvements in the numerical methods. Nevertheless, these methods have their own problems which caused the development of the semi-analytical solutions. Numerous important factors are involved in the dam-reservoir-foundation problem such as reservoir bottom absorption, vertical earthquake component and water compressibility in the reservoir and the flexibility of the foundation and damping effect in the dam sub-system. In this thesis, first the hydrodynamic pressure acting on the dam is derived, by modifying Lee and Tsai’s solution to include the effect of vertical ground acceleration.Using the existing equations for the mode shapes and natural frequencies of the dam, the response of the structure is developed. At the second stage, an analytical method is introduced to find the hydrodynamic pressure induced in the reservoir of a rigid dam including the effects of reservoir bottom absorptions and both vertical and horizontal harmonic accelerations. In the frist method, the flexible dam is assumed to be of variable cross-section and damping of the structure is included. Timoshenko beam theory is applied to develop the governing equations of the beam.The flexibility of the foundation is considered using translational and rotational springs under the modeled beam.The method is nominated as a semi-analytical one because of the numerically calculated integrals. Finally several diagrams in different conditions of foundation elasticity, and for the cases of including and excluding vertical ground acceleration are presented. As well, the results are compared between the cases of using Bernouli and Timoshenko beam theory.
