دانلود مقاله آزمایش مدل و ارزیابی عددی اثر تداخلی پی های حلقه ای و دایره ای با فاصله نزدیک بر روی ماسه مسلح

چکیده
     با توجه به وجود بارهای سنگین و عدم دسترسی مکان های ساخت مناسب، مهندسان اغلب باید پی ها را در فاصله نزدیک به یکدیگر اجرا کنند. این پی ها بر روی یکدیگر تاثیر می گذارند که می توان به اثرات بار-نشست و رفتار ظرفیت باربری اشاره کرد. در این تحقیق، ظرفیت باربری پی های حلقه ای و دایره ای با فاصله نزدیک به هم بر روی ماسه مسلح به صورت عددی و آزمایشگاهی بررسی شده است. هدف این تحقیق، ارزیابی اثر تداخلی بر روی ظرفیت باربری پی های دایره ای و حلقه ای مجاور است. پی ها بر روی ماسه مسلح و غیر مسلح مورد بررسی قرار گرفته اند. در این تحقیق، اثر تداخلی پی ها، اثرات شکل، اثر فاصله میان پی ها و همچنین اثر لایه میلگرد گذاری بر روی ظرفیت باربری مطالعه شده اند. جهت دستیابی به این اهداف، مدل های دایره ای و حلقه ای آزمایشگاهی و همچنین مدل های عددی استفاده شده اند.  برنامه جزء محدود رایانه ای PLAXIS 3D Foundation جهت مدل سازی عددی مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج تحلیل عددی و آزمایشگاهی نشان می دهند که ظرفیت باربری نهایی دو پی حلقه ای و دایره ای نزدیک به هم هنگامی دارای بیشترین مقدار است که آنها دقیقا در کنار یکدیگر قرار گرفته و این مقدار به افزایش فاصله به نسبت قطر پی کاهش می یابد (Δ/D). می توان دریافت که برای Δ/D>4، ظرفیت باربری هر پی مجاور مشابه با پی تکی است. این موضوع به این معنی است که در یک فاصله مرکز به مرکز بزرگتر از 4D، هیچ اثر تداخلی قابل توجهی مشاهده نشده و هر پی کم و بیش به صورت مستقل مشابه با یک پی تکی رفتار کرده است. 

1.    مقدمه
     ظرفیت باربری خاک نقش مهمی در طراحی پی ها ایفا می کند. در نظر گرفتن میزان ظرفیت باربری بیشتر از میزان واقعی می تواند موجب بروز خرابی های شدید در سازه ها یا حتی تخریب آنها شود. از طرف دیگر، شناخت ظرفیت باربری موجب غیر اقتصادی شدن پی می شود. پی حلقه ای به صورت گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. این پی برای برج های ارتباطی، مخازن ذخیره سازی، سیلوها و کوره ها مورد استفاده قرار می گیرد. در مورد بیشتر سازه های متقارن محوری، این روش مناسب و مقرون به صرفه خواهد بود. فیشر (1957) به عنوان اولین نفر به مطالعه رفتار پی حلقه ای پرداخت. اگوروف (1965)، اوهری و همکاران (1997)، هاتف و رضوی (2003) و بوشهریان و هاتف (2003) نیز به بررسی رفتار پی های حلقه ای پرداختند. 
     از طرف دیگر، استفاده از روش تقویت سیلو که با تحقیق ویدال (1966) آغاز شد، به عنوان یکی از مهم ترین تکنیک های بهبود ظرفیت باربری پی های سیلو محسوب می شود. معرفی ژﺋﻮﺳﻨﺘﺘﻴﻚ ها موجب گسترش مفهوم تقویت خاک شد. تحقیقات اولیه در مورد اثر تقویت خاک جهت بهبود ظرفیت باربری پی ها توسط بینکوئت و لی (1975) و سپس بسیاری از محققان دیگر انجام شدند. 
     با توجه به وجود بارهای سنگین و کمبود مکان های مناسب جهت ساخت سازه ها، مهندسان اغلب باید پی ها را با فاصله نزدیک به هم بسازند. بنابراین، پی ها در این حالت اغلب با یکدیگر تداخل یافته و به ندرت به صورت مجزا عمل می کنند. تداخل پی ها می تواند موجب بروز تغییرات در ظرفیت باربری و رفتار بار-نشست در مقایسه با پی های مجزا شود. خینگ و همکاران (1992)، ال-اشو و همکاران (1994)، کومار و ساران (2003)، گوش و کومار (2009) و اخیرا قزوی و لاواسان (2012) و اسرینیواسانان و گوش (2013) به بررسی اثر تداخلی پی های مربعی، نواری و دایره ای پرداخته اند. پی های حلقه ای با فاصله نزدیک بر روی خاک های مسلح شده و مسلح نشده مورد توجه و تحقیق قرار نگرفته اند. هدف این تحقیق، ارزیابی اثر تداخلی بر روی ظرفیت باربری پی های حلقه ای و دایره ای مجاور است. جهت بررسی این موضوع، در این مقاله، نتایج مجموعه ای از آزمایشات بر روی پی های حلقه ای و دایره ای با فاصله نزدیک بر روی خاک ماسه ای مسلح همراه با نتایج ارزیابی عددی این پی ها ارائه شده اند. سپس نتایج عددی و آزمایشگاهی مقایسه شده و نتایج ارائه شده اند. 
14. نتیجه گیری
     در این تحقیق، ارزیابی عددی و آزمایشگاهی بر روی ظرفیت باربری پی های حلقه ای و دایره ای با فاصله نزدیک بر روی خاک ماسه ای مسلح و غیر مسلح، انجام شد. 
بر اساس بررسی های این تحقیق، نتایج زیر حاصل شدند:
-    ظرفیت باربری پی های مدل مقیاس کوچک با فاصله نزدیک بر روی ماسه مسلح شده و غیر مسلح به دلیل اثرات تداخلی افزایش یافت. 
-    ظرفیت باربری پی های با فاصله نزدیک با ایجاد یک لایه میلگرد گذاری در خاک پی زیر پی افزایش یافته و اثر تقویت در حالت پی های دایره ای در مقایسه با پی های حلقه ای، بیشتر است .
-    ظرفیت باربری نهایی دو پی حلقه ای و دایره ای نزدیک به هم هنگامی که آنها در کنار یکدیگر قرار دارند، دارای بیشترین مقدار است و این مقدار با افزایش نسبت فاصله کاهش می یابد (Δ/D). 
-    برای مقدار Δ/D>4، هیچ اثر تداخلی قابل توجهی مشاهده نشده و هر پی کم و بیش به صورت مستقل مشابه با یک پی مجزای تکی رفتار کرده است. 
-    ظرفیت باربری پی های حلقه ای بیشتر از پی های دایره ای برای شرایط آزمایشگاهی مشابه مشاهده شده است. 
باید توجه داشت که نتایج ارائه شده در این تحقیق مرتبط با پی های مدل بر روی یک پی ماسه ای بوده و محدود به این شرایط هستند و اثر برخی از پارامتر های دیگر مانند اثر مقیاس، وزن مخصوص خاک، نوع تقویت و غیره مورد بررسی قرار نگرفته اند. 

Abstract

     Due to heavy loads and the non-availability of suitable construction sites, engineers are often required to place footings at close spacing. These footings influence each other, including effects on load-settlement and bearing capacity behavior. In this research the bearing capacity of closely located ring and circular footings on reinforced sand has been investigated numerically and experimentally. The goal of this study is to evaluate the interference effect on the bearing capacity of adjacent circular and ring footings. Footings on reinforced and unreinforced sand have been investigated. In this research, interference effect of footings, shape effects, effect of spacing between footings and also the effect of reinforcement layer on the bearing capacity are studied. To achieve these objectives laboratory circular and ring footing models and also numerical models were used. Finite element computer code PLAXIS 3D Foundation was used for numerical modeling. Experimental and numerical analysis results show that the ultimate bearing capacity of two closely spaced circular and ring footings is greatest when they stand exactly beside each other and decreases with increase in the spacing to footing diameter ratio (Δ/D). It is found that for Δ/D > 4, the bearing capacity of each adjacent footing is almost the same as that for single footing. This means that for a center-to-center spacing greater than 4D, no significant interference effect was observed and each footing acted more or less independently, similar to a single footing.

1. Introduction

     Bearing capacity of soil plays an important role in design of foundations. Considering the amount of bearing capacity more than the actual amount can cause severe damage to the structures or even destroy them. On the other hand, underestimating the bearing capacity makes the foundation non-economic. Ring foundation is exceedingly used in practice. This foundation is used for communication towers, storage tanks, silos, chimneys. For most of the axisymmetric structures it is both suitable and economical. Fisher (1957) was the first to study ring foundation behavior. Egorov (1965), Ohri et al. (1997), Hataf and Razavi (2003) and Boushehrian and Hataf (2003) have also investigated the behavior of ring footings.

     On the other hand, the use of soil reinforcement, which began with the work of Vidal (1966) is considered as one of the most promising techniques of improving bearing capacity of foundation soils. The introduction of geosynthetics broadened the concept of soil reinforcement even further. Initial studies on the effect of soil reinforcement for the improvement of bearing capacity of footings was carried out by Binquet and Lee (1975a, b) and subsequently pursued by many others.

     Due to heavy loads and shortage of suitable sites for construction of structures, engineers are often required to place foundations at close spacing. Therefore, the foundations in the field generally interfere with each other to some extent and are rarely isolated. Interference of foundations can cause changes in bearing capacity and load-settlement behavior, when compared to isolated foundations. Khing et al. (1992), Al-Ashou et al. (1994), Kumar and Saran (2003), Ghosh and Kumar (2009), and more recently Ghazavi and Lavasan (2012) and Srinivasana and Ghosh (2013) have investigated the interference effect of square, strip and circular footings. Closely located ring footings on reinforced and unreinforced soils have not received attention in this regard. The goal of this study is to evaluate the interference effect on the bearing capacity of adjacent circular and ring footings. To investigate this, in this paper, the results of a series of laboratory tests on closely spaced model ring and circular footings on reinforced sand together with the results of numerical investigation of such footings are presented. The experimental and numerical results are then compared and conclusions are made.

14. Conclusions

     In this study experimental and numerical investigation on the bearing capacity of closely spaced circular and ring footings on reinforced and unreinforced sand was performed. Based on the results of this study the following conclusions are obtained:

 The bearing capacity of closely spaced small-scale model footings on unreinforced and reinforced sand increases due to interference effects.

 The bearing capacity of closely spaced footings increases with the provision of a reinforcement layer in the foundation soil beneath the footing, and the effect of reinforcing in the case of circular footings is more, when compared to ring footings (BCRcirc. > BCRring.

 The ultimate bearing capacity of two closely spaced circular and ring footings is maximum when they are next to each other and decreases with increasing in spacing ratio (D/D).

 For around D/D > 4, no significant interference effect was observed and each footing more or less acted independently, similar to a single isolated footing.

 The bearing capacity of ring footings was observed to be greater than for circular footings for the same test conditions. It should be noted that the results presented in this study are related to model footings on a sand foundation and are limited to these conditions and the effect of some other parameters such as scale effect, density of soil, type of reinforcement, etc. have not been investigated.

(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)

چکیده
1. مقدمه
2. رفتار پی های حلقه ای و دایره ای بر روی خاک ماسه ای
3. رفتار پی های با فاصله نزدیک بر روی ماسه مسلح
4. مصالح آزمایش شده 
5. تجهیزات
6. روند آزمایش
7. نتایج و بحث
8. ماسه غیر مسلح
9. ماسه مسلح
10. اثر تداخلی
11. تحلیل عددی
12. صحت سنجی کجی (مایل بودن) پی ها 
13. مقایسه بین نتایج عددی و آزمایشگاهی
14. نتیجه گیری
منابع

Abstract
1. Introduction
2. Behavior of ring and circular footings on sand
3. Behavior of closely spaced footings on reinforced sand
4. Material tested
5. The apparatus
6. Test procedure
7. Results and discussion
8. Unreinforced sand
9. Reinforced sand
10. Interference effect
11. Numerical analysis
12. Verifying the footings tilting
13. Comparison between the experimental and numerical results
14. Conclusions
References