شمع ها در نرم افزار آباکوس

شمع ها عضای باریک و بلندی هستند که باهرای فوقانی را بهاعماق بیشتری در خاک زیرین منتقل می کنند. شمعم ها عموما زمانی استفاده می شوند که شرایط خاک برای استفاده از پی های کم عمق مناسب نباشد.

اطمینان از عملکرد یک سازه بستگی به وضعیت عملکرد شالوده آن دارد. بدیهی است اولین گام موفقیت آمیز در طراحی هر سازه‌ای داشتن اطلاعات لازم و کافی از وضعیت خاک محلی، نشست پذیری، مقاوت و عوامل اثر­گذار بر آنها است. علم مکانیک خاک قطعا در این خصوص اساس و پایه است و قبل از اعمال قوانین آن، لازم است اطلاعات کافی نظیر جنس و خواص مهندسی از زمین محل بدست آید. بنابراین بررسی نسبتا دقیق، در شناسایی خاک محل پروژه می‌تواند هزینه­های ناشی از طراحی‌های دست بالا را کاهش داده و یا خطرات ناشی از طراحی‌های دست پایین را برطرف نماید. می‌توان گفت شناسایی‌های زمین در واقع فراهم آوردن اطلاعات لازم برای رسیدن به یک طرح ایمن و اقتصادی برای مقاصد پی‌سازی است. بطور کلی هدف از شناسایی‌های ژئوتکنیکی برای طراحی و از جمله طراحی ریزشمع، تشریح و تبیین مصالح خاکی و تعیین رفتار خاک بدست آوردن پارامترهای مورد نیاز در طراحی است. به ویژه اطلاعات ژئوتکنیکی می‌تواند در تعیین نوع و عمق قرارگیری شالوده، طراحی شالوده، تخمین فشار جانبی خاکریز، تعیین تراز و تغییرات سطح آب زیرزمینی، ارزیابی میزان نشست، تعیین ظرفیت باربری شالوده و مشکلات احتمالی ناشی از گودبرداری کمک شایانی کند. انتقال بار خاک به المان‌های نسبتا سخت ریزشمع ناشی از عمل قوسی خاک یک مساله پیچیده اندرکنش خاک و سازه می‌باشد. کارآمدی و موثر بودن استفاده از شمع‌ها به مقدار زیادی به مشخصات ریزشمع (اندازه، فواصل و موقعیت) و شرایط خاک بستگی دارد. ملاحظه‌ی مهم دیگر در مورد طراحی ریزشمع‌ها این است که چه درصدی از نیروی منتقل شده به خاک بین ریزشمع‌ها در حالات مختلف به ریزشمع‌های نگه دارنده منتقل می‌شود. در پایان‌نامه حاضر با مدل‌سازی نمونه‌هایی از سیستم پی – ریزشمع در فضای خاک با استفاده از نرم‌افزار ABAQUS که دارای المان­های متنوع و قابلیت­های محاسباتی بالایی بر پایه روش اجزاء محدود می‌باشد،  به بررسی اثر اندرکنش خاک و سازه در ریزشمع با در نظر گرفتن فواصل،طول و قطرهای مختلف بین ریزشمع‌ها و موقعیت ریزشمع‌ها پرداخته شده است. کارآمدی و مؤثر بودن استفاده از ریزشمع‌ها به مشخصات ریزشمع (اندازه، فواصل و موقعیت) و شرایط خاک بستگی دارد. یکی از ملاحظات طراحی ریزشمع‌های پایدارکننده شیب این است که حداکثر فاصله مجاور بین ریزشمع‌ها باید طوری باشد که عمل قوسی خاک هنوز وجود داشته باشد. ملاحظه مهم دیگر در مورد طراحی ریزشمع‌ها این است که چه درصدی از نیروی وارده ریزشمع‌ها در حالات مختلف به خاک اطراف منتقل می‌شود. در پایان‌نامه حاضر، با مدل‌سازی نمونه‌هایی از سیستم پی–ریزشمع در فضای خاک، با استفاده از نرم‌افزارABAQUS ، به بررسی رفتار گروه ریزشمع‌ها تحت اثر نیروی کششی در زوایای مختلف با در نظر گرفتن فواصل، طول و قطرهای مختلف بین ریزشمع‌ها و موقعیت ریزشمع‌ها پرداخته می­ شود.

 ریزشمع­ها

به­طور کلی ریزشمع­ها لوله فلزی مشبک با قطر کمتر از ۳۰۰ میلی­متر می­باشد که تا عمق مورد نظر در زمین کوبیده یا حفاری شده سپس عملیات تزریق دوغاب (شامل سیمان، آب و افزودنی­های مختلف) انجام می­گیرد. روش­های خاص حفاری و تزریق که در اجرای ریزشمع­ها مورد استفاده قرار می­گیرند، باعث ایجاد اتصال مقاومتی بین دوغاب و خاک می­گردد و این مسئله موجب افزایش ظرفیت باربری در سطح تماس دوغاب و زمین می­شود. دوغاب تزریق شده بار اعمال شده به ریزشمع را بوسیله اصطکاک از آرماتور و دوغاب به زمین در ناحیه اتصال انتقال می­دهد. با توجه به عمق و جنس زمین دوغاب تحت فشار ۵ تا ۲۵ بار تزریق می­شود. با توجه به مزایای ریزشمع­ها از آن­ها به طور موثر در بهبود خواص مکانیکی خاک، افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشست به ویژه در پی سازه­های موجود و مقاوم­سازی آنها استفاده می­شود. مقاومت اصطکاکی ما بین ریزشمع و خاک به عنوان مکانیزم قابل توجه جهت بهبود خواص مکانیکی خاک مطرح می­گردد.

مطابق شکل (۲-۱) اجزای اصلی یک ریزشمع آرماتور تقویتی، دوغاب سیمان، غلاف، مهار انتهایی ریزشمع (فلنج( ، سنترالایزر می­ باشد.

شکل (۲-۱) اجزای مختلف ریزشمع­ها

۲-۱-۲- کاربرد ریزشمع­ها

به طور­کلی از موارد کاربرد ریزشمع می­توان به مواردی همچون مقابله با نیروی بالابرنده و نیروی ناشی از زلزله و باد، جلوگیری از لرزش در سازه­هایی نظیر پل­ها و سازه­های در معرض نیروی دینامیکی و نیز مهاربندی و تقویت پی سازه­ای حایل و نگهدارنده شیب­ها اشاره نمود. اجرای ریزشمع­ها کمترین دست خوردگی را در محیط خاک ایجاد می­کند و نیز حجم خاک­برداری در اجرای آن کم است، همچنین می­توان آنها را به راحتی به صورت مایل اجرا نمود، ریز شمع­های مایل قابلیت تحمل بارهای افقی و قائم را دارند و جهت بهسازی سازه­های موجود براحتی قابل استفاده بوده و در مکان­های مسقف با فضای بالاسری کم هم قابل اجرمی­باشند (شکل (۲-۲)). به­طور کلی ریز شمع­ها انعطاف­پذیری خوبی در برابر نیروهای لرزه­ای دارند.

شکل (۲-۲) اجرای ریزشمع در مکان­های مسقف

ریز­شمع­ها را می­توان با دستگاه­های حفاری نسبتا کوچک به صورت منفرد یا گروهی و تحت شرایط دسترسی محدود و ارتفاع سازه­ای کم نصب و جاگذاری نمود. همچنین آنها می­توانند تنها با استفاده از حفاری دورانی نصب شوند. این سیستم به­دلیل روش خاصی که در نصب دارد خطر خرابی سازه ناشی از لرزش حاصل از نصب شمع­های کوبشی با ضربات سنگین مخصوصاً در محل یا در همسایگی نزدیک آن را کم کند یا از بین ببرد. روش­های انتقال نیرو توسط ریزشمع در ژئوتکنیک به زمین به دو طریق انجام می­پذیرد:

الف) از طریق فشار وارد از انتهای شمع به زمین

ب) از طریق اصطکاک و چسبندگی بین سطح بدنه شمع و زمین مجاور

ریز­شمع­ها می­توانند به کلاهک شمع­های موجود اضافه شوند بنابراین نیاز به افزایش ابعاد پی از بین می­رود.

این عمل باعث تأمین مقاومت فشاری، کششــی و خمشی مورد نیاز اضافی هنگام افزایش بار سازه می­شود. گاهی محدودیت­های سازه­های مجاور امکان افزایش ابعاد کلاهک شمع موجود را به ما نمی­دهد. بنابراین نیاز به سیستم­های معمول نصب شمع از بین می­رود. یکی از جدیدترین پیشرفت­ها سیستم و روشی است که تمامی روش­ها را در یک طریق نصب مجزا ترکیب می­کند. در این روش از میل­گردهای میان تهی به تنهایی و گاهی اوقات در ترکیب با میل­گردهای توپر یا مارپیچ استفاده می­شود که می­تواند به صورت پس تنیده هم باشد. این نوع شمع به دلیل تزریق تحت فشار گروت با خاک یکپارچه می­گردد و یک سیستم فونداسیون متشکل از توده­ای خاک مسلح مخصوصاً اگر به صورت گروهی بکار رفته شود را تشکیـــل می­دهد (شکل (۲-۳).