پی ماشین آلات عموما علاوه بر بارهای استاتیکی ناشی از وزن خود و ماشین آلات متکی بر آن، یک مجموعه بارهای دینامیکی متنوع مربوط به عملکرد ماشین را نیز تحمل می کند. طبیعت بارهای دینامیکی به عملکرد ماشین آلات وابسته بوده و می بایست دقیقا تعریف شود. مقدار بارهای دینامیکی در مقایسه با بارهای ثقلی محدود است اما طبیعت تکرار آن که با ایجاد لرزش همراه است می تواند در تحلیل و طراحی پی ماشین آلات تعیین کننده باشد.
دامنه حرکات سیکلی یک ماشین در محدوده فرکانسی که کار می کند مهم ترین مشخصه ای است که باید در طراحی پی ماشین آلات در نظر گرفته شود. همچنین لازم است فرکانس طبیعی سیستم زمین – پی – ماشین نیز مطالعه شود. انواع مختلف ماشین آلات نیروهای چرخه ای متفاوتی را ایجاد می کنند. سه نوع از مهم ترین انواع این ماشین آلات شامل پیستونی، ضربه ای و دورانی می باشد. نکته مهم این است که انتخاب پی مناسب به نوع ماشین آلاتی که روی آن قرار خواهند گرفت، بستگی دارد. به عنوان مثال برای ماشین های پیستونی پی حجیم یا پی جعبه ای و برای توربین های بخار پی های پاشنه دار انتخاب می شود که متشکل از تیر و دال، دیوار و ستون و پی هستند.
انواع مختلف روش های تحلیل و طراحی پی ماشین الات
تحلیل و طراحی پی ماشین آلات غالبا بر اساس افزودن وزن پی و یا افزودن مقاومت خاک زیر آن با استفاده از اصلاح و مشخصات خاک یا اجرای شمع انجام می شود. البته استفاده از این روش به طور قابل توجهی محافظه کارانه است. در شرایط کنونی از دو روش برای طراحی و تحلیل پی ماشین آلات استفاده می شود:
الف- روش مبتنی بر رفتار ارتجاعی خطی (الاستیک خطی) با فرض رفتاری مشابه فنرهای بدون وزن برای خاک.
ب- روش مبتنی بر نظریه ارتجاعی خطی، که در آن خاک محیطی نیمه بی نهایت و ارتجاعی در نظر گرفته شده است.
در روش اول یک فنر جایگزین خاک می گردد. مقادیر از پیش تعیین شده ای از میرایی را می توان برای خاک منظور کرد. اگرچه میرایی اثر قابل ملاحظه ای بر فرکانس تشدید سیستم ندارد ولی دارای اثر قابل توجهی بر دامنه تشدید است.
استفاده از تئوری الاستیسیته در تحلیل و طراحی پی ماشین آلات با نتایج منطقی تر همراه اما نسبتا پیچیده تر خواهد بود. برای حالت های ساده راه حل هایی ارائه شده است. یکی از مسائل مهم در استفاده از روش تحلیل نوسان تعیین خواص مکانیکی خاک از جمله مدول برشی و نسبت پواسون است که در معادلات دیفرانسیل حرکت نوسانی وارد می شوند.
معیارهای تحلیل و طراحی پی ماشین آلات
تحلیل و طراحی پی ماشین آلات باید با بررسی شرایط زیر انجام شود:
الف) نشست پی و فشار زیر آن تحت بارهای استاتیکی باید کوچکتر از مقادیر مجاز باشد.
ب) تحت بارهای دینامیک باید معیارهای زیر برآورده شوند:
ب-1) به منظور جلوگیری از تشدید (رزونانس) فرکانس طبیعی سیستم خاک – پی – ماشین هرگز نباید با فرکانس بهره برداری سیستم انطباق پیدا کند. در واقع در این قبیل مواقع همیشه یک ناحیه تشدید معرفی می گردد که فرکانس طبیعی سیستم خاک – پی – ماشین باید خارج آن باشد.
نسبت فرکانس بهره برداری ماشین آلات به فرکانس طبیعی سیستم خاک – پی باید در محدوده های زیر باشد:
- برای ماشین های با دور پایین باید نسبت فرکانس بهره برداری به فرکانس طبیعی کمتر از 0/5 باشد.
- برای ماشین های با دور بالا باید نسبت فرکانس بهره برداری به فرکانس طبیعی بیشتر از 0/5 باشد.
ب-2) دامنه حرکت در فرکانس بهره برداری ماشین باید کوچکتر از مقادیر مجاز باشد. دامنه حرکت مجاز برای هر ماشین را معمولا سازنده آن مشخص می کند.
ج) ارتعاشاتی که ماشین تولید می کند نباید اثر سویی بر ماشین آلات، سازه های مجاور و اشخاص نزدیک ماشین داشته باشد. طبیعت ارتعاشات احتمالی مضر به فرکانس ارتعاش و دامنه حرکات بستگی دارد.
یک پی حجیم در مقایسه با خاک مجاور و زیر آن به عنوان یک جسم صلب در نظر گرفته می شود. چنین جسمی تحت اثر نیروهای نامتعادل کننده، سه درجه آزادی انتقالی و سه درجه آزادی دورانی خواهد داشت. در غالب روش های معمول تحلیل و طراحی پی ها رفتار خاک ارتجاعی خطی در نظر گرفته می شود. در تئوری الاستیسیته مدول الاستیسیته خاک بدون در نظر گرفتن وضعیت فشار (یکنواخت یا غیر یکنواخت) معادل E است. بنابراین ضرایب مربوط ممکن است به ترتیب زیر تعریف شوند:
- ضریب فشار یکنواخت الاستیک خاک (Cu) برای ارتعاش قائم را می توان با یک آزمایش بارگذاری قائم متناوب صفحه یا آزمایش همگامی بلوک تعیین کرد. در آزمایش بارگذاری صفحه بر روی صفحه ای به مساحت 1/4 متر مربع متکی بر یک خاک نرم در هر سیکل بارگذاری، حداکثر تنش وارد بر خاک افزایش داده می شود. اختلاف بین نشست کل و نشست پس ماند (در حالت بدون بار)، نشست الاستیک را در هر تراز بارگذاری مشخص می کند. نمودار حداکثر تنش در هر سیکل بارگذاری در مقابل نشست الاستیک به صورت یک خط است و شیب این خط همان Cu خواهد بود. برای تعیین پاسخ دینامیکی پی مرتعش می توان از آزمایش FMRT استفاده کرد.
به منظور انجام آزمایش ارتعاش آزاد پس از استقرار سیستم ارتعاش (بدون جعبه ارتعاش) روی بستر و یکپارچه ساختن آن به کمک مهارها توسط یک چکش بر مرکز سیستم، پاسخ آن با استفاده از ژئوفون و شتاب سنج مستقر بر مرکز پی و روی بستر ثبت می شود. در این آزمایش سیستم با بسامد طبیعی خود شروع به ارتعاش می کند. اما به دلیل وجود میرایی دامنه سرعت نوسان با گذشت زمان کاهش می یابد. در آزمایش ارتعاش پایدار، نوعی آزمایش ارتعاش اجباری است که در آن با اعمال نیروی دینامیکی هارمونیکی با بسامد ثابت به بستر پاسخ دینامیکی پی و بستر شامل شتاب، سرعت و شتاب بعد از رسیدن به تعادل (پایدار شدن مقادیر پاسخ) قرائت می شود.
در مورد دامنه مجاز حرکات پی باید گفت که برخی استانداردها مقادیر مجاز دامنه حرکت پی را به ترتیب زیر ارائه می دهند.
الف) برای بلوک پی: دامنه حداکثر ارتعاش قائم برای بلوک پی نباید از 1/2 میلی متر تجاوز کند. در شرایطی که پی بر روی ماسه اشباع قرار گرفته باشد، دامنه ارتعاش مجاز 0/8 میلی متر خواهد بود.
ب) برای سندان: دامنه حرکت ارتعاش قائم سندان نباید از مقادیر مجاز زیر تجاوز کند.
توصیه های اجرایی برای پی های مرتعش
در مورد آرماتوربندی پی های مرتعش باید گفت که پی یک ماشین ضربه ای باید از نوع بتن مسلح باشد.حداقل آرماتور زیر بالشتک، متشکل از 2 تا 4 شبکه میلگرد افقی با قطر 8 تا 12 میلی متر است که در فواصل 100 تا 200 میلی متر از یکدیگر قرار داشته و فاصله عمودی شبکه ها از هم 100 تا 150 میلی متر است. در کف پی یک یا دو شبکه افقی میلگرد با قطر 12 تا 20 میلی متر و با فواصل 150 تا 300 میلی متر و فاصله عمودی 150 تا 300 میلی متر تعبیه می شود. آرماتور گونه نیز در امتداد وجوه پی باید تعبیه شود. در زیر بالشتک بهتر است یک مجموعه آرماتورهای رفت و برگشتی که اثر محصورکنندگی در بتن ایجاد کنند، قرار داده شود. در حالت کلی برای هر متر مکعب بتن پی ماشین آلات حدود 25 تا 30 کیلوگرم میلگرد مصرف می شود.
عملیات بتن ریزی بلوک پی باید به صورت یک جا انجام گیرد. در صورت ضرورت پیش بینی درز انبساط، بهتر است به صورت افقی و با رعایت نکات زیر اجرا گردد:
میلگردهایی به قطر 12 تا 16 میلی متر و به فاصله مرکز به مرکز 60 میلی متر باید حداقل تا عمق 300 میلی متری در طرفین درز در داخل بتن قرار داده شود. قبل از ریختن یک لایه جدید بتن، سطح بتن قبلی باید ناصاف و خشن و با فشار آب کاملا تمیز و پاکیزه شود و سپس با یک لایه 20 میلی متری از ملات سیمان غنی 2 به 1 پوشیده شود. بتن لایه جدید باید حدود 2 ساعت بعد از قرار دادن ملات سیمان، ریخته شود و این بتن باید در امتداد سه محور و همچنین به صورت قطری مسلح گردد تا از وقوع هرگونه ترک برشی جلوگیری شود.
در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :
- تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
- ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ (Micropile & Underpinning)
- پیش بارگذاری چیست؟ (fill surcharge preloading method)
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)
- تراکم دینامیکی یا DC چیست؟ (Dynamic Compaction)
- ستون شنی ارتعاشی یا تراکم ارتعاشی چیست؟ (Vibro Stone Column)
- شمع ساختمان ، طراحی و اجرای شمع بتنی و شمع فلزی (Concrete Pile , Steel Pile)
- پدیده زمین لغزش چیست؟ (Landslide)
در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
- نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
- انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
- مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
- سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
- خاک مسلح یا ژئوسنتتیک چیست؟ (Geosynthetict)
- سپرکوبی چیست؟ (Sheet Pile)
- دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی چیست؟ (Diaphragm walls – Slurry walls)
- دیوار برلنی یا دیوار سولجر پایل چیست؟ (Berlin wall – Soldier Pile and Lagging System)
- زهکشی و آب بندی در گودبرداری چیست؟ (Drainage- Dewatering & Waterproofing )
- نقشه برداری یا مهندسی نقشه برداری چیست؟ (Surveying)
- پایش گود یا مانیتورینگ چیست؟ (Monitoring)
- دستورالعمل بهداشت، ایمنی و محیط زیست چیست؟ (HSE)
- فشار جانبی خاک چیست؟ (Lateral earth pressure)
در زمینه طراحی و مشاوره بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار ETABS
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار AutoCAD
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار ABAQUS
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
- ژئوفیزیک (Geophysics)
- آزمایش سه محوری خاک (Triaxial Compression Test)
- روانگرایی خاک (Soil Liquefaction)
- روش های مقابله با روانگرایی خاک (Soil Liquefaction Mitigation)
- آزمایش برش مستقیم (Direct Shear Test)
- آزمايش بارگذاری صفحه ای (Plate Loading Test or Plate Bearing Test)
- آزمایش برش مستقیم برجا In Situ Direct Shear) Test)
- پدیده فروچاله چیست؟ (?What is The Phenomenon of Sinkhole)
- نشست غیر یکنواخت (Differential Settlement)
- خاک های رمبنده (Collapsible Soil)
- آزمایش دیلاتومتری (DMT: Dilatometer Test)
- مدل سازی فیزیکی در مهندسی ژئوتکنیک (Physical Modeling in Geotechnical Engineering)
- میکرو مکانیک خاک (Soil micro-mechanics)
- پی های حلقه ای، صندوقه ای و پوسته ای (ring, shell & caisson foundation)
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
- قرارداد مشارکت در ساخت (Construction participation contract)
- نظارت بر اجرای پروژه های عمرانی (Construction Supervision)
- مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- مدیریت پروژه های عمرانی (Project Management)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
- سازه فولادی یا اسکلت فلزی (Steel Structure)
- سازه بتنی یا اسکلت بتنی (Concrete Structures)
مطالب مرتبط :
