عنوان پایان‌نامه
بررسی امکان تغییر آرایش و قطر آرماتورهای لاینیگ در تونلهای انحراف آب
- رشته تحصیلی
- مهندسی معدن-استخـراج معدن
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2284;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 56616
- تاریخ دفاع
- ۲۷ شهریور ۱۳۹۱
- دانشجو
- علی تژوال
- استاد راهنما
- سیدمحمدفاروق حسینی
- چکیده
- اکثر تونل¬های تحت فشار بخاطر جلوگیری از افت هد آب، کاهش اصطکاک در مرز تونل، کاهش نفوذ آب به توده سنگ و پایداری طولانی مدت توده سنگ اطراف تونل با بتن پوشش می¬شوند. بتن را به دو صورت، بتن مسلح و غیر مسلح در تونل نصب می¬کنند. وقتی تراوایی زمین خیلی بالا باشد آب از دست رفته اهمیت بیشتری پیدا می¬کند، در این شرایط، در تونل تیوپی از فولاد نصب می¬کنند. در بعضی از موارد تونل در مسیر خود از توده سنگ¬های با جنس¬های مختلف عبور می¬کند. اگر آرماتورهای سیستم نگهداری تونل بر مبنای سنگ¬های ضعیفتر طراحی گردد، محافظه¬کارانه خواهد بود. بر عکس اگر توده سنگ¬های قویتر مبنای طراحی قرار گیرند، احتمال شکست پوشش بتنی در قسمت ضعیف وجود دارد. در این پایان¬نامه هدف اصلی بررسی شرایط بهینه آرایش و قطر آرماتورهای پوشش بتنی تونل¬های تحت فشار می¬باشد. برای تعیین وضعیت در پوشش بتنی هم از دستورالعمل¬های آیین¬نامه بتن و هم از روشهای تحلیلی استفاده شده است. با استفاده از دستورالعمل¬های گفته شده در آیین¬نامه بتن، آرماتورهای برشی و خمشی برای مقادیر مختلف مدول الاستیسته به دست آمد و ملاحظه شد که با افزایش مقدار مدول الاستیسیته به طور کلی مقدار آرماتورها در دو حالت برش و خمشی کاهش می¬یابد. علاوه بر آیین¬نامه بتن از روش¬های اشلایس و فرناندز نیز برای تحلیل وضعیت آرماتورها در پوشش بتنی نیز استفاده شد. متاسفانه بدلیل فراگیر نبودن این روشها، نمی¬توان بطور مناسب قطر و آرایش آرماتورها را با این روش¬ها تخمین زد. برای اطمینان از نتایج بدست آمده در این تحقیق یک مثال موردی (تونل انحراف آب سد مشمپا) مورد بررسی قرار گرفت. توده سنگ¬ها در طول تونل به شش کلاس طبقه¬بندی و روش¬های موجود را برای طراحی آرماتورهای قسمت¬های مختلف تونل¬ها مورد بررسی قرار داده و بنا به چند دلیل روش پیشنهادی اشلایس روش مناسبی برای بررسی تشخیص داده نشد. روش پیشنهادی فرناندز نیز تنش¬های برجای زمین را در روش طراحی خود در نظر نگرفته و تنها حالت پایانی نفوذ آب به زمین را مورد توجه قرار داده است. در این مطالعه با فرضیات موجود در روش¬های تحلیلی مذکور، مدلهایی در محیط نرم¬افزاری آباکوس که مبنای آن براساس المان محدود است، در حالت بحرانی ساخته شده است. در این مدل¬ها مقدار آرماتورها با استفاده از دستورالعمل¬های آورده شده در آیین¬نامه بدست آمده و نتایج با روش¬ فرنادز مقایسه شد. در مرحله بعد شرایط تنش¬های برجای زمین در نظر گرفته شده است. در این شرایط مدل عددی زمین در حالتهای مختلف توده سنگ ساخته و مقدار آرماتورهای برشی و خمشی داخل پوشش بتنی را با استفاده از دستورات آیین¬نامه بدست آمد. نتیجه¬ی بدست آمده کمتر شدن مقادیر آرماتورهای خمشی و برشی با بهتر شدن کیفیت¬ توده سنگ بوده است.
- Abstract
- Most pressure tunnels are lined with concrete to reduce head loss, due to friction at the tunnel boundary, to reduce water loss through seepage, and long term stabilize broken rock mass adjacent to excavation surface. The lining could be installed as reinforcement concrete or Plain concrete. When the permeability of the rock mass is too high, the water leakage is become more important, so the tunnel is covered with steel sheet as well. Usually, the properties of the host rocks are changed along the tunnel axis and tunnel may pass through different rock layers. If the reinforcement of the concrete lining is designed based on weak layers, it would be conservative. In contrast, if it is designed based on the stronger sections, the possibility of lining collapse or cracking is high in weak rock sections. In this thesis, the aim is to find the optimum pattern and diameter of the steel reinforcement in the concrete lining. To design the pattern, the concrete code of practice and also analytical method have been used. Following the instruction of the code of practice, the flexural and shear reinforcement for different values of Young’s modulus were obtained. In addition, it has been understood that increase of Young’s modulus reduces the amount (number) of flexural and Shear reinforcements. Aside from the concrete code of practice, the schleiss and Fernandez Methods were also implemented to analyze the reinforcement patterns in the lining. Unfortunately, due to the restrictions of these methods, it is not possible to estimate the pattern and the diameter of the reinforcement. To validate the obtained results of this research, it is applied on a case study (dam diversion tunnel Mshmpa). The rock mass along the tunnel axes was categorized into six classes, and the mentioned methods for reinforced concrete lining design were investigated for these different classes. Because of several reasons the proposed approach by Schleiss cannot be considered as a suitable method. The other method proposed by Fernzndez does not take into account the in situ stresses, and only the steady state leakage through surrounding rock is the major concern. In this study, using the assumptions of the mentioned analytical solutions, some numerical simulations in critical condition were carried out. The commercial software ABAQUS which is based on FEM was used. In these models the amounts of reinforcements were determined based on the instructions of the code of practice, and the results were compared with Fernandez’s approach. In the next step, the in situ stresses were taken into account. The numerical models with different rock mass properties were investigated and the reinforcement was considered based on the code of practice. The results revealed that the reinforcement of lining can significantly reduce in high-quality rock mass.
