کنترل نیروی بلند کننده پی (آپلیفت) با استفاده از تحلیل دینامیکی (Dynamic Analysis of Uplift)

کنترل نیروی بلند کننده پی (بلند شدگی یا آپلیفت) با استفاده از تحلیل دینامیکی

(Dynamic Analysis of Uplift)

هم زلزله استاتیکی و هم دینامیکی را می‌توان به SAFE ارسال و طراحی فونداسیون را انجام داد. منتها در مواردی که بلند شدگی پی (برکَنش) وجود داشته باشد (حتی اگر جزئی باشد) طبق توصیه شرکت CSI بهتر است که در آنالیز و طراحی پی از زلزله دینامیکی طیفی (SPEC) استفاده نگردد. زیرا این تحلیل دارای ماهیت فرمول‌ بندی خطی سازه می باشد و طراحی پی و کنترل خاک با زلزله استاتیکی (با ترکیب بارهای غیرخطی) انجام می شود.

متن توصیه CSI در صورت وجود نیروی بلند کننده یا آپلیفت:

“For foundation analysis and design, nonlinear uplift cases may not be converted from spectrum combinations because response spectrum analysis is a linear formulation. As an alternative, spectrum story forces may be applied within ETABS manually as a lateral load case, then response may be exported to SAFE for foundation design (CSI- Knowledge Base).”

پیش از تشریح گام بندی نحوه ساخت زلزله استاتیکی معادل زلزله‌ی دینامیکی، لازم است بدانیم که برخی از طراحان به نتایج دریفت حاصل از زلزله دینامیکی اعتماد ندارند. این مسئله در ویرایش های قبلی ایتبس (ETABS)، به خصوص در ETABS9 که بیشتر خروجی‌ها به جای (drift) به صورت displacement است، بحرانی ‌تر می باشد. از همین رو مهندسین طراح ترجیح داده اند مستقیماً از زلزله دینامیکی استفاده ننمایند و یا در برخی موارد خاص همچون زمانی که طراح (جهت استفاده از تخفیف ۱۰ یا ۱۵ درصدی بار زلزله در همپایه ‌سازی) اصرار به استفاده از زلزله دینامیکی داشته باشد، می‌تواند ابتدا در ایتبس زلزله‌ های استاتیکی از نوع (user load) و بر اساس توزیع دینامیکی بسازند سپس طراحی را انجام دهد. لازم به ذکر است این کار به علت تغییر ماهیت نوع بار و در نظر گرفته نشدن اثر سختی در زمان تناوب، دارای خطا در طراحی سازه بوده و توصیه نمی گردد، در ویرایش ­های جدید ایتبس این مشکل رفع شده و فقط کافی است برای کنترل تنش‌ها در Safe این تعریف بار استاتیکی صورت بگیرد.

نکات کنترل آپلیفت (بلند شدگی پی) در ایتبس با روش تحلیل استاتیکی

همان‌ طور که قبلاً گفته شد، بنا به توصیه CSI بهتر این است که در صورت وجود نیروی بلند کننده (Uplift) ، کنترل بلند شدگی یا آپلیفت در ایتبس با نیروهای به دست آمده از تحلیل دینامیکی طیفی صورت نگیرند و به جای آن از نیروهای تحلیل استاتیکی استفاده بشود. ولی می­ دانیم که در صورت استفاده از نیروهای تحلیل استاتیکی، به ‌احتمال‌ زیاد، شدت نیروها افزایش خواهد داشت. لذا سؤالی که پیش می ­آید این است که چگونه از تخفیف ­های تحلیل دینامیکی طیفی استفاده شود؟ بهتر این است که بعد از اتمام تحلیل و طراحی سازه مورد نظر تحت تحلیل دینامیکی، نسخه جدید را Save as گرفته و این مراحل را در فایل جداگانه ­ای انجام دهیم تا فایل طراحی سازه دست نخورده باقی بماند. در نسخه جدید از نرم افزار  ETABS بعد از تحلیل سازه به ترتیب وارد منوهایDisplay ، Show Tables، Tables، Analysis، Results، Structure Results و Story Forces شده و برش طبقات را قرائت کنیم.

در پنجره باز شده، از فیلد Load Case⁄Combo بارهای دینامیکی طیفی مورد نظر و از فیلد Location گزینه Bottom را انتخاب می نماییم. به‌ عنوان‌ مثال، در پنجره زیر SX نام مربوط به باره دینامیکی طیفی در راستای X و بدون خروج از مرکزیت می باشد و برش طبقات تحت این الگوی بار را می ­توان در پنجره زیر مشاهده نمود:

از آنجایی‌ که نیروهای زلزله دینامیکی می ­باشد، مشاهده می کنیم که الگوی بار در راستایX ، علاوه بر ایجاد برش در راستای X، منجر به ایجاد برش در راستای Y نیز شده و برای محاسبات دقیق ­تر باید این برش­ ها و در نتیجه نیروهای مربوط به آن­ ها را نیز در نظر گرفت. لذا برای محاسبه نیروهای وارد بر هر دیافراگم روی پنجره مربوط به Story Forces راست کلیک کرده و سپس گزینه Export to Excel را انتخاب نموده، در فایل Excel باز شده، با استفاده از برش طبقات، نیروهای وارد بر هر دیافراگم را محاسبه می نماییم:

حال از منوی Define گزینه Load Patterns را انتخاب نموده و در پنجره باز شده، الگوهای بار لرزه ­ای جدیدی از نوع UserLoads تعریف می نماییم:

با انتخاب الگوی بار جدید و سپس گزینه Modify Lateral Load، در پنجره باز شده، نیروهای به دست آمده را وارد می نماییم.

فقط باید توجه داشت که در صورتی‌ که الگوی بار مربوط به بار با خروج از مرکزیت است، باید مقدار آن را نیز در قسمت مربوطه وارد نمود.

در طراحی خود پی و کنترل آن می‌توان از زلزله دینامیکی انتقال یافته به نرم‌افزار safe استفاده کرد و فقط برای کنترل تنش زیر پی از الگوی بار شرح داده شده استفاده کرد.

اما اگر بخواهیم از این بارهای جدید برای طراحی پی استفاده نماییم (که توصیه نمی شود) باید ترکیب بارها اصلاح گردد و به جای الگوهای بار لرزه‌ای دینامیکی طیفی، از این الگوهای بار استفاده نمود. با توجه به این که بارهای تعریف‌ شده، بارهایی استاتیکی می­ باشد، بارهای جدید به صورت رفت و برگشتی اعمال نمی گردد. ولی به عنوان یک پیشنهاد می­توان از روش زیر برای کاهش تعداد الگوهای باری که اضافه خواهند شد، استفاده نمود.

از منوی Define می­ توان گزینه Load Cases را انتخاب کرد و سپس با انتخاب مربوط به بار و سپس کلیک روی گزینه modify/show case وارد پنجره مورد نظر شود.

سپس در پنجره باز شده تغییرات لازم را به صورت زیر باید اعمال نمود تا case مربوط به بار دینامیکی طیفی که در ترکیب بارها از آن استفاده شدند، از بار لرزه ­ای User Load استفاده نماید.

نحوه ی کنترل نیروی بلند کننده (آپلیفت) در سیف

در صورت استفاده از تحلیل خطی طبق بند 7-4-5-1-8 مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان ایران (پی و پی­ سازی) در کنترل تنش­ های زیر پی باید توجه کرد که هیچ نقطه ای از پی نباید دچار کشش شود (حداقل تنش=0) مگر آنکه آن بخش از کشش توسط المان­ هایی مثل شمع، ریز شمع یا مهارها تحمل شود.

در صورت انجام تحلیل غیرخطی طبق بند 9-20-4-2-3 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران (طرح و اجرای ساختمان­ های بتن آرمه) در شالوده ­های منفرد و گسترده، توزیع فشار خاک به نحوی است که در قسمتی از آن فشار روی خاک به صفر رسیده، مشروط بر آنکه طول این قسمت در هیچ امتداد از یک‌ چهارم بعد شالوده در آن امتداد تجاوز نکند. (یعنی حداکثر «یک ‌چهارم» بعد شالوده می‌تواند تحت تنش صفر قرار بگیرد.)

به ‌عنوان‌ مثال فونداسیون زیر را در نظر داشته باشید:

 آیا امکان بلند شدگی (آپلیفت) پی وجود دارد؟

همه ترکیبات بار جهت کنترل تنش خاک زیر پی (ترکیبات تنش مجاز طبق بند 4-2-3-6 مبحث ششم) را تعریف نموده و یک پوش (ماکزیمم مقدار یا مینیمم مقدار) از آن ایجاد می نماییم.
در نظر داشته باشید که این امکان را به شما می دهد که هم تحت ترکیب باری که بیشترین اثر uplift در سازه  را دارد(0.6D+0.7E)  کنترل را انجام بدهید هم ترکیب بار پوش، زیرا در هر دو حالت نرم ‌افزار حالت بحرانی را در نظر می‌گیرند (در ترکیب بار پوش به صورت خودکار و در ترکیب بار بحرانی به صورت دستی)

در نرم­ افزار SAFE نیز وارد منوی Define⟹Load Combinations شده و ترکیب بارهای مورد نظر را ایجاد می نماییم و سپس به کمک همه ترکیب بارهای ایجاد شده یک Envelope برای مشاهده تنش خاک ایجاد خواهیم کرد.

در نهایت مدل مورد نظر را تحلیل کرده و سپس وارد منوی زیر خواهیم شد:

در پنجره باز شده، Envelope مورد نظر را انتخاب نموده و سپس گزینه Max را انتخاب نمایید و در ادامه بر روی گزینه Apply کلیک کنید. در قسمت پایین صفحه می ­توان حداکثر مقادیر را مشاهده نمود که در صورت مثبت بودن فشار، آپلیفت رخ داده است (باید توجه داشت ما از ترکیبات بار خطی استفاده نموده ایم برای همین نباید در هیچ نقطه‌ای از پی تنش مثبت وجود داشته باشد) در ادامه بیان می کنیم که چطور می توان از ترکیبات غیرخطی و تخفیف آیین ‌نامه استفاده نمود.

با توجه به این که بیشترین تنش موجود در خاک منفی بوده (2.612- تن بر مترمربع)، پس کل خاک زیر پی در فشار قرار دارد.

مشاهده می کنیم که در مدل بررسی شده بلند شدگی رخ نداده و در تمام خاک زیر سطح فونداسیون، خاک در فشار قرار دارد.

در صورتی‌ که در بعضی نقاط عدد مثبت مشاهده شد نشان ‌دهنده این است که خاک به کشش افتاده که این مورد به علت اینکه خاک مقاومت کششی ندارد نادرست بوده و باید کاری کنید که در این نقاط تنش به صورت خودکار صفر در نظر گرفته بشود و بر این اساس طراحی را انجام دهیم.

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)
• 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)
• نیروی بالا برنده یا آپلیفت چیست؟ (?What is Uplift)
• کنترل نیروی بلند کننده پی با استفاده از تحلیل دینامیکی (Dynamic Analysis of Uplift)

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 فلزی و سازه بتنی (Steel and concrete structures)
• بتن ریزی در سرما و استفاده از ضد یخ بتن (concrete antifreeze)
• بتن و بتن ریزی چیست ؟ | عملیات بتن ریزی چگونه صورت می گیرد؟ (?What is Concrete)

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)
• آموزش گام به گام نقشه خوانی انواع روش های پایدارسازی و گودبرداری

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

• معرفی نرم افزار Plaxis
• معرفی نرم افزار GEOSLOPE
• معرفی نرم افزار AutoCAD
• معرفی نرم‌ افزار ETABS
• معرفی نرم افزار SAP2000
• معرفی نرم افزار SAFE
• معرفی نرم افزار ABAQUS
• معرفی نرم افزار FLAC
• معرفی نرم افزار MIDAS

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

• مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
• مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
• ژئوفیزیک (Geophysics)
• زمین شناسی (Geology)

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

• مهندسی تخریب ساختمان (Destruction Engineering)
• خاکبرداری چیست؟ (Excavation)
• رمپ و جمع آوری رمپ در گودبرداری (Ramp removal excavation)
• گودبرداری و خاکبرداری دو عملیات متمایز از یکدیگر
• گودبرداری غیر اصولی (Unprincipled Building Excavation)
• گودبرداری چیست؟ و اصول اجرای گودبرداری های ساختمانی (Excavation)

مطالب مرتبط :

• مقررات ملی ساختمان
• آیین نامه های FHWA
• structuralguide , How to Calculate Uplift Pressure