Gravity Dam-Reservoir Interaction in Earthquake
چکیده:
پس از آسیب دیدگیِ چند سد بزرگ بر اثر زلزله در سالهای آغازین دهه هفتاد میلادی، توجه بسیاری از پژوهشگران به مسأله تحلیل لرز های سدهای بتنی با در نظر گرفتن اثرات اندرکنشی سد، مخزن و سنگ پی معطوف گشت که این امر تاکنون، سبب پیشرفتهای شگرفی در زمینه مورد بحث و ارائه راهکارهای فراوانی، در جهت مدلسازیِ هر چه دقیقترِ رفتارِ این مجموعه پیچیده گردیده است. در این میان، تحلیل اندرکنش دینامیکی سد و مخزن نامحدود، به دلیل اهمیت بیشتر، حجم قابل توجهی از تحقیقات انجام گرفته را به خود اختصاص داده است. در اغلب موارد، مخزن پشت سد دارای طول بسیار زیادی بوده، بطور معمول، محیطی نیمه بینهایت پنداشته می شود و راهکارهای خاصی، برای تحلیل می طلبد. شایان توجه است، یکی از روشهای مناسب تحلیل این گونه محیطها، بکارگیری المانهای نیمه بینهایت می باشد. این المانها، که برای مسائل سه بعدی و دو بعدی، به ترتیب، ماهیتی دو بعدی و یک بعدی دارند، رفتار مصالح را در جهت شبک هبندی شده به صورت تقریبی و در جهت عمود بر آن (که المان دارای طول بینهایت است)، به شکلی دقیق و غیرعددی، مدلسازی می کنند. اما از آنجا که المانهای نیمه بینهایت سیال، ماهیتی وابسته به فرکانس دارند، بکارگیری آنها در تحلیلهای حوزه زمان امری غیرممکن است. برای مدلسازی مخزن نیم هبینهایت ANSYS هدف اصلی از انجام این پایا ننامه، استفاده از نر مافزار پشت سدهای وزنی و تحلیل دقیق اندرکنش سد مخزن است. برای این منظور، پس از مرور پاره ای تحقیقات انجام شده تاکنون، معادلات ریاضی حاکم بر رفتار سد و مخزن تشریح می گردد. در ادامه با معرفی اجمالی راهکارهای مدلسازی مخزن نیمه بینهایت دو بعدی با آن ارائه می شود. پس از آن، مدلهای ،ANSYS نرم افزار اجزای محدود مورد استفاده برای تحلیل سد وزنی (در دو حالت اید هآل و واقعی) و همچنین مخزن تشریح شده و نتایج حاصل از آنها درج می گردد. این پایان نامه، با ارائه نتایج حاصل از تحلیلهای عددی و پیشنهادهایی برای کارهای آتی به اتمام می رسد.
فهرست مطالب:
فصل اول: کلیات
1 1 مقدمه.................................................................................................................................................................................. 1
1 2 مروری بر مطالعات و تحقیقات انجام شده.................................................................................................................. 5
1 3 اندرکنش آب و سازه........................................................................................................................................................ 8
1 3 1 اندرکنش نوع اول............................................................................................................................................... 8
1 3 2 اندرکنش نوع دوم............................................................................................................................................. 9
1 3 3 اندرکنش نوع سوم............................................................................................................................................ 9
1 4 روشهای گوناگون تحلیل دینامیکی سدهای بتنی..................................................................................................... 9
1 5 برنامه های رایانه ای تحلیل اندرکنش سد و مخزن.................................................................................................. 11
1 5 1 تحلیل خطی..................................................................................................................................................... 11
1 5 2 تحلیل غیرخطی .............................................................................................................................................. 12
فصل دوم: مبانی نظری روش
2 1 پیشگفتار.......................................................................................................................................................................... 13
2 2 معادلات حاکم بر سازه................................................................................................................................................. 13
2 3 تحلیل دینامیکی سازه در حوزه فرکانس.................................................................................................................. 15
2 4 معادلات حاکم بر آب.................................................................................................................................................... 18
2 5 حل دقیق معادله موج در آب...................................................................................................................................... 28
2 6 شرایط مرزی گوناگون مخزن...................................................................................................................................... 37
2 7 صورت ماتریسی مسأله اندرکنش............................................................................................................................... 45
2 8 مسأله اندرکنش سد و مخزن نیمه بینهایت............................................................................................................ 50
ANSYS فصل سوم: تئوری نر مافزار
3 1 پیشگفتار.......................................................................................................................................................................... 52
3 2 نوع تحلیل....................................................................................................................................................................... 53
3 2 1 تحلیل مودال .................................................................................................................................................... 53
3 2 2 تحلیل هارمونیک............................................................................................................................................. 54
3 3 مدل سازی........................................................................................................................................................................ 55
3 3 1 المانهای سازه ای .............................................................................................................................................. 55
3 3 2 المانهای سیال.................................................................................................................................................. 57
3 4 شرطهای مرزی.............................................................................................................................................................. 58
3 4 1 شرط مرزی سطح آزاد مخزن....................................................................................................................... 58
3 4 2 شرط مرزی بدنه مشترک با وجه بالادست سد......................................................................................... 59
3 4 3 شرط مرزی انتهای مخزن ............................................................................................................................. 59
3 4 4 شرط مرزی کف مخزن.................................................................................................................................. 61
3 5 نحوه مش بندی.............................................................................................................................................................. 62
3 6 نحوه اعمال میرایی به المان های سازه...................................................................................................................... 63
3 7 چگونگی اعمال شتاب.................................................................................................................................................. 64
3 8 نحوه کوپل کردن درجات آزادی گره ها بهم............................................................................................................ 64
3 9 نحوه تعیین محدوده فرکانس تحریک...................................................................................................................... 66
3 10 نحوه یکپارچه سازی.................................................................................................................................................. 67
فصل چهارم: مدلهای تحلیلی و نتایج عددی
4 1 پیشگفتار.......................................................................................................................................................................... 68
4 2 تحلیل مودال .................................................................................................................................................................. 68
4 2 1 تیر نازک دو سر ساده..................................................................................................................................... 68
4 2 1 1 تحلیل تئوری................................................................................................................................ 68
4 2 1 2 تحلیل توسط نرم افزار.................................................................................................................. 70
4 2 2 تیر نازک کنسول............................................................................................................................................. 72
4 2 2 1 تحلیل تئوری................................................................................................................................ 72
4 2 2 2 تحلیل توسط نرم افزار.................................................................................................................. 73
4 2 3 سد ایده آل مثلثی............................................................................................................................................ 77
4 3 تحلیل هارمونیک.......................................................................................................................................................... 80
4 3 1 تحلیل سد ایده ال مثلثی بدون مخزن ........................................................................................................ 81
4 3 2 تحلیل مخزن بدون سد.................................................................................................................................. 91
4 3 2 1 تحریک افقی................................................................................................................................... 91
4 3 2 2 بررسی اثرات تحریک افقی بر س دهای کوتاه........................................................................... 99
4 3 2 3 تحریک قائم................................................................................................................................. 103
4 3 3 تحلیل هارمونیک سیستم سد و مخزن.................................................................................................. 108
4 3 3 1 تحریک افقی................................................................................................................................ 109
4 3 3 2 تحریک قائم................................................................................................................................. 112
4 4 تأثیر ریز کردن مش بر پاسخها............................................................................................................................... 127
4 4 1 فرکانسهای طبیعی....................................................................................................................................... 127
4 4 2 پاسخ شتاب.................................................................................................................................................... 127
4 4 3 پاسخ تنش..................................................................................................................................................... 132
4 5 حل یک مثال واقعی.................................................................................................................................................. 137
4 5 1 تحلیل استاتیکی........................................................................................................................................... 138
4 5 2 تحلیل دینامیکی........................................................................................................................................... 138
4 5 2 1 تحلیل مودال............................................................................................................................... 139
4 5 2 2 تحلیل هارمونیک........................................................................................................................ 139
فصل پنجم: نتیج هگیری
5 1 مروری بر کارهای انجام شده................................................................................................................................... 147
5 2 نتایج بدست آمده ....................................................................................................................................................... 148
5 3 پیشنهادهایی برای آیندگان ..................................................................................................................................... 150
مراجع..................................................................................................................................................................................... 152
نامنامه................
اندرکنش سد وزنی و مخزن تحت نیروی زلزله
