فهرست مطالبعنوانصفحه11-1- مقدمه21-2- موقعیت نیروگاه کازرون31-3- زمین شناسی منطقه31-4- مطالعات ژئوتکنیک51-5-ضرورت انجام پژوهش81-6- اهداف پژوهش81-7- ساختار پايان‌نامه9فصل دوم: پژوهشهای انجام شده102-1- مقدمه112-2- انواع گسیختگی خاک زیر پی122-2-1- گسیختگی برشی کلی122-2-2- گسیختگی برشی موضعی132-2-3- گسیختگی برشی سوراخکننده142-3- انواع روشهای تحلیلی محاسبه ظرفیت باربری142-3-1- روش تعادل حدی142-3-2- روش لغزش-خط152-3-3- روش مرز بالا152-3-4- روشهای عددی162-4- محاسبه ظرفیت باربری162-5- نشست پیها282-5-1- نشست آنی282-5-2- نشست تحکیم32فصل سوم: مدلسازی343-1- مقدمه353-2- دلايل انتخاب نرم‌افزار PLAXIS براي انجام تحقيق36عنوانصفحه3-3- کلیاتی در موردPLAXIS373-3-1- معرفي داده‌هاي ورودي373-3-2- انتخاب نوع مدل373-3-3- انتخاب نوع المان383-4- مدل سازی هندسی403-5- مدلسازی مصالح423-6- مشبندی463-7- اعمال شرایط اولیه483-8- محاسبات503-8-1- محاسبه پلاستيك503-8-2- محاسبه تحكيم503-8-3- تحلیل ایمنی504-محاسبه براساس شبكه‌بندي به هنگام شده513-9- داده‌هاي خروجي533-10- ارائه منحنی5455فصل چهارم: محاسبات و تجزیه وتحلیل نتایج574-1- مقدمه584-2- بررسی درستی عملکرد نرم‌افزار584-3- نحوه بارگذاری پی604-3-1- پی صاف604-3-2- پی زبر614-4- ابعاد پی624-5- نمودار تنش کرنش 624-6- نتایج ظرفیت باربری674-7- محاسبه ضرایب ظرفیت باربری684-8- مقایسه کار حاضر با تئوریهای گذشته71عنوانصفحه4-9- محاسبه نشست پی برج خنک کننده کازرون744-9-1- نحوه انجام محاسبات744-9-2- نشست محاسبه شده754-10- مقایسه با تئوریهای گذشته764-10-1- نشست آنی774-10-2- نشست تحکیم794-11- محاسبه تنش مجاز پی حلقوی82فصل پنجم: نتایج و پیشنهادات845-1- مقدمه855-1- نتایج855-2- پیشنهادات86منابع87 فهرست اشكالعنوانصفحهشکل(1-1)- موقعیت جغرافیایی نیروگاه کازرون4شکل(1-2)- نمایی از برجهای خنک کننده نیروگاه کازرون5شکل(1-3)- تغییرات عدد نفوذ استاندارد با عمق در گمانههای مختلف7شکل(2-1)- مکانیزم گسیختگی برش کلی13شکل(2-2)- مکانیزم گسیختگی برش موضعی13شکل(2-3)- مکانیزم گسیختگی برش سوراخ کننده14شکل(2-4)- منحنیهای در نظر گرفته در روش لغزش-خط15شکل(2-5)- مکانیزم گسیختگی در نظر گرفته شده توسط ترزاقی17شکل(2-6)- مکانیزم گسیختگی در نظر گرفته توسط مایرهوف18شکل(2-7)- مدل المان محدود مورد استفاده در روش مانوهاران و دسگوپا20شکل(2-8)- جابجایی در زیر پی صاف20شکل(2-9)- جابجایی در زیر پی زبر21شکل(2-10)- تغییرات Nc با زاویه اصطکاک داخلی در روش مانوهاران و دسگوپا22شکل(2-11)- تغییرات Nq با زاویه اصطکاک داخلی در روش مانوهاران و دسگوپا23شکل(2-12)- تغییرات Nγ با زاویه اصطکاک داخلی در روش مانوهاران و دسگوپا23شکل(2-13)- مدل در نظر گرفته شده به وسیله هاتف و بوشهریان25شکل(2-14)- ظرفیت باربری محاسبه شده توسط هاتف و بوشهریان25شکل(2-15)- مدل تفاضل محدود در نظر گرفته شده توشط زیو و وانگ26شکل(2-16)- مقدار Nγ برای پی حلقوی در حالت صاف27شکل(2-17)- مقدار Nγ برای پی حلقوی در حالت زبر27شکل(2-18)- نمودار تعیین محاسبه μ129شکل(2-19)- نمودار تعیین محاسبه μo29شکل(2-20)- مقادیر تصحیح عمق بر اساس D/B و L/B30عنوانصفحهشکل(2-21)- ضریب اصلاح نشست تحکیم یک بعدی به مقدار واقعی[21]33شکل(3-1)- مدل سازی کرنش مسطح و تقارن محوری37شکل(3-2)- المانهای موجود در نرم‌افزار PLAXIS38شکل(3-3)- پنجره تنظیمات کلی در نرم‌افزار PLAXIS38شکل(3-4)- مدلسازی هندسی پی حلقوی برای محاسبه ظرفیت باربری40شکل(3-5)- مدلسازی هندسی پی حلقوی برج خنک کننده41شکل(3-6)- پنجره تنظیمات مدل مور-کولمب در نرم‌افزار PLAXIS44شکل(3-7)- تاثير اندازه مش روی ظرفیت باربری برای یک مدل47شکل(3-8)- استفاده از مش ریز برای مشبندی مدل47شکل(3-9)- تنشهای اولیه ناشی از وزن خاک49شکل(3-10)- تنشهای اولیه ناشی از آب49شکل(3-11)- پنجره تنظیمات محاسبات در نرم‌افزار PLAXIS53شکل(3-12)- جابجاییهای زیر پی در زيربرنامه خروجی54شکل(3-13)- پنجره تنظیمات منحنی در نرمفزار55شكل (3-14)-فلوچارت مراحل ساخت و تعريف يك مدل در نرم‌افزار PLAXIS56شکل(4-1)- مدل در نظر گرفته برای بررسی عملکرد صحیح نرم‌افزار59شکل(4-2)- مقایسه نتایج مدل آزمایشگاهی و عددی برای بررسی عملکرد صحیح نرم‌افزار60شکل(4-3)- نحوه اعمال جابجایی در حالت پی صاف61شکل(4-4)- نحوه اعمال جابجایی در حالت پی زبر61شکل(4-5)- مش تغییر شکل یافته در پایان آنالیز62شکل(4-6)- تغییرات تنش در برابر جابجایی63شکل(4-7)- تغییرات تنش در برابر جابجایی63شکل(4-8)- تغییرات تنش در برابر جابجایی64شکل(4-9)- تغییرات تنش در برابر جابجایی64عنوانصفحهشکل(4-10)-گسيختگي زير پي65شكل(4-11)-كنتورهاي تنش قائم هنگام گسيختگي پي66شکل(4-12)- تغییرات ظرفیت باربری در برابر عمق پی68شکل(4-13)- مقایسه نتایج نشست روش عددی با کارهای قبل با فرض پی صاف73شکل(4-14)- مقایسه نتایج نشست روش عددی با کارهای قبل با فرض پی زبر73شکل(4-15)- مش تغییر شکل یافته در انتهای آنالیز در زیر پی برج خنک کننده75شکل(4-16)- نتایج محاسبات نشست آنی و تحکیم پی حلقوی76شکل(4-17)- مقایسه نتایج نشست روش عددی با کارهای قبل با فرض B=1078شکل(4-18)- نتایج مقایسه نتایج نشست روش عددی با کارهای قبل با فرض B=578شکل(4-19)- تغییرت ضریب فشار آب حفرهای B در برابر درجه اشباع80شکل(4-20)- نتایج مقایسه نتایج نشست روش عددی با تئوری تحکیم با فرض B=580شکل(4-21)- نتایج مقایسه نتایج نشست روش عددی با تئوری تحکیم با فرض B=1081فهرست جداولعنوانصفحهجدول(1-1)- خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک در محل برجهای خنک کننده واحد HRSG سیکل ترکیبی نیروگاه کازرون6جدول(2-1)- مقدار Nγ برای اصطکاک مختلف بین خاک و پی24جدول(3-1)- پارامترهای در نظر گرفته شده در محاسبات ظرفیت باربری44جدول(3-2)- پارامترهای در نظر گرفته شده در محاسبات نشست45جدول(4-1)- پارامترهای در نظر گرفته برای بررسی عملکرد صحیح نرم‌افزار59جدول(4-2)- نتایج ظرفیت باربری محاسبه شده در زیر پی صاف67جدول(4-3)- نتایج ظرفیت باربری محاسبه شده در زیر پی زبر67جدول(4-4)- نتایج محاسبه شده در مدل عددی69جدول(4-5)- نتایج محاسبه شده در مدل عددی70جدول(4-6)- نتایج محاسبه شده در مدل عددی70جدول(4-7)- مقایسه ضرایب ظرفیت باربری محاسبه شده کار حاضر با تئوریهای موجود در پی دایرهای72جدول(4-8)- مقایسه ضرایب ظرفیت باربری محاسبه شده کار حاضر با تئوریهای موجود در پی دایرهای72جدول(4-9)- محاسبه ظرفیت باربری مجاز پی برج خنک کننده نیروگاه کازرون83 φ d:زاویه اصطکاک داخلی زهکشی شدهφ u:زاویه اصطکاک داخلی زهکشی نشدهCd:مقاومت برشی زهکشی شدهCu:مقاومت برشی زهکشی نشدهγd:وزن مخصوص خشکγsat:وزن مخصوص اشباعE:مدول یانگν:نسبت پواسونCs:ضریب تورمCc:ضریب فشردگی حجمیe:نسبت تخلخلu:فشار اب حفرهایγomp:وزن مخصوص خاک ترکیبیCcomp:چسپندگی خاک ترکیبیφ d:زاویه اصطکاک داخلی زهکشی شدهOCR:نسبت پیش تحکیمیqu:ظرفیت باربری نهاییqa:ظرفیت باربری مجازB:عرض پی نواریL:طول پیDf:عمق پیFS:ضریب اطمینانNγ،Nc،Nq:ضرايب ظرفيت باربريd:اصطکاک بین پی و خاکri:شعاع داخلی پی حلقوی r0:شعاع خارجی پی حلقویSi:نشست آنیSc:نشست تحکیمσ0:تنش اولیهko:ضریب فشار خاک در حالت سکونkp:ضریب فشار خاک در حالت مقاومA:ضریب فشار آب حفرهایψ:زاویه اتساعG:مدول برشیK:مدول بالکEoed:سختی بارگذاری ادئومتریxK:ضریب نفوذپذیری در جهت افقیzK:ضریب نفوذپذیری در جهت قائمچکیدهامروزه کم و بیش از پیهای حلقوی برای سازهها بویژه سازههایی که حالت تقارن محوری دارند استفاده میشود. در این پژوهش یک مطالعه عددی روی ظرفیت باربری و نشست پی حلقوی انجام شد. برای مدل سازی از نرم‌افزار PLAXIS استفاده شد. پارامترهای مصالح از مشخصات خاک رس محل ساخت برجهای خنک کننده سیکل ترکیبی نیروگاه کازرون انتخاب شد. برای مدل سازی مصالح از مدل مور-کولمب استفاده شد. محاسبات ظرفیت باربری در دو حالت پی صاف و پی زبر انجام شد و بر اساس آن ضرایب ظرفیت باربری محاسبه شد. نشست پی حلقوی برج خنک کننده نیروگاه کازرون محاسبه شد. سپس بر اساس محاسبات ظرفیت باربری و نشست، ظرفیت باربری مجاز پی حلقوی نیروگاه کازرون محاسبه شد. از نتایج حاصل مشخص شد که ظرفیت باربری پی زبر به مقدار قابل ملاحظهای از ظرفیت باربری پی صاف بیشتر است. همچنین مشخص شد که با افزایش ri/ro (نسبت شعاع داخلی به شعاع خارجی پی حلقوی) رفتار پی حلقوی به پی نواری نزدیک میشود. نتایج بدست آمده از محاسبات ظرفیت باربری و نشست با نتایج تئوریها و روابط موجود مقایسه شده است.کلمات کلیدی: پی حلقوی، نسبت شعاع، ظرفیت باربری، نشستAbstractNowadays, more and more ring footings are used in practice special for axisymmetric structures. In this research, a numerical analysis was performed using PLAXIS software for calculating bearing capacity and settlement of ring footing. The parameters used in this research are the results of geotechnical studies of Kazeroon cooling tower. The analysis was carried out using Mohr-Coulomb’s criterion for soil.Bearing capacity was calculated for smooth and rough ring footing and then the bearing capacity factors were calculated. Settlement of Kazeroon cooling tower was calculated. The analysis indicated that the bearing capacity of rough ring footing is obviously higher than the bearing capacity of smooth footing. In addition, the analysis indicated that behavior of ring footing get to behavior of strip footing with increase ri/ro, which is the ratio of internal radius to external radius of the ring. Finally, the results were compared with those available in the literature.Keywords: Ring footings, Radius ratio, bearing capacity, Settlementفصل اولکلیات1-1- مقدمه:پروژههای عمرانی، متشکل از دو قسمت روسازه و زیرسازه میباشد. زیرسازه غالبا به بخشی اطلاق میشود که در تماس با خاک و در روند انتقال مستقیم بار روسازه به خاک بستر یا اطراف مشارکت دارد. انتقال بار از رو سازه به زمین توسط عضوی به نام پی انجام میشود. نقش پی یا فونداسیون به عنوان یک قسمت انتقالی در ابنیه، قابل تحمل نمودن تنشهای نسبتا بزرگ موجود در اجرای زیرزمین سازه از قبیل ستون، پایه و یا دیوار برای خاک است. خاکها و مصالح طبیعی موجود در سطح زمین در مقایسه با اجزای روسازه از قبیل مصالح ساختمانی متداول، مانند بتن و فولاد، مقاومت و توان باربری نسبتا پایینی دارند. مهندسی پی هنر بکارگیری علوم سازه، ژئوتکنیک و قضاوت مهندسی در رابطه با تحلیل و اجرای پی بوده به نحوی که با رعایت اصول فنی، اجرایی، پایداری و اقتصادی،نهایتا سیستم پی بهینهای حاصل گردد. جهت تحقق یافتن اهداف فوق مهندس پی باید درک مناسبی از رفتار و عملکرد متقابل و به عبارتی دیگر، اندرکنش خاک و سنگ بستر، و نیز شرایط روسازه را داشته باشد.از ملزومات اساسی آنالیز و طراحی پی تعیین توان باربری (ارزیابی مقاومت خاک و سنگ)، برآورد میزان تغییرات حجمی و فشردگی بستر بر اثر بارگذاری(تخمین میزان نشست خاک) و طراحی سازهای میباشد که در دو گام اول هندسه پی در پلان و عمق استقرار آن تعیین گردیده و سپس طراحی سازهای و یا طراحی داخلی بر اساس تنشهای داخلی بر اثر نیروهای خارجی صورت میگیرد که شامل انتخاب مصالح، تعیین ضخامت پی و در صورت لزوم چگونگی مسلح نمودن آن است. کنترل پایداری و طراحی خارجی نیز از ضروریات تحلیل و طراحی بوده و در نهایت کفایت سیستم طراحی شده به لحاظ اجرایی و اقتصادی مورد ارزیابی قرار میگیرد[1].پیها به لحاظ عمق استقرار پی به دو گروه پیهای سطحی و پیهای عمیق تقسیم بندی میشود. پیهای سطحی از متداولترین پیها بخصوص برای پروژههای ساختمانی است که اغلب عمق استقرار آنها کمتر از عرضشان است. پیهای سطحی شامل پیهای منفرد، مرکب، نواری و گسترده میباشد. امروزه برای حالتهایی که تقارن محوری وجود دارد از پیهای دایرهای و حلقوی استفاده میشود. برای پی سازههایی مانند پایههای پلها، برجهای آبی، سیلوها و ... از پیهای حلقوی استفاده میشود. به لحاظ اقتصادی استفاده از پیهای حلقوی میزان استفاده از مصالح را کاهش میدهد. کشورهایی که در آن مصالح اولیه برای ساخت از نظر هزینه قیمت بالایی را ایجاد میکند، استفاده از پیهای حلقوی گسترش بیشتری یافته است.در کشور ما ایران نیز از پیهای حلقوی استفاده میشود. برای برجهای خنک کننده و واحد HRSG سیکل ترکیبی نیروگاه کازرون از پیهای حلقوی استفاده شده است.1-2- موقعیت نیروگاه کازرونمحل نیروگاه کازرون در کیلومتر 10 جاده کازرون-فراشبند(روستای بلیان) و کیلومتر 4 جاده اختصاصی نیروگاه سیکل ترکیبی کازرون میباشد. موقیت جغرافیایی محل در شکل(1-1) مشخص شده است[2].1-3- زمین شناسیعمومی منطقهمحدوده مورد مطالعه جزء واحد زمین شناسی زاگرس چین خورده میباشد که در جنوب غربی ایران واقع گردیده است. پهنای این واحد 150 تا 250 کیلومتر تخمین زده میشود. روند عمومی این منطقه شمال غربی- جنوب شرقی است و در آن رسوبات پالئوزوئیک، مزوزوئیک و ترشیری به طور هم شیب روی هم قرار دارند. این رسوبات پوششهای حاشیه قارهای شرق پلاتفرم عربستان را تشکیل میدادهاند[2].شکل(1-1)- ( ) موقعیت جغرافیایی نیروگاه کازرونشکل(1-2)- نمایی از برجهای خنک کننده نیروگاه کازرون 1-4- مطالعات ژئوتکنیکبراساس مشاهدات صحرایی، بررسی نمونهها و نتایج حاصل از آزمایشهای آزمایشگاهی، قشرهای تحت الارضی در محدوده مورد نظر عمدتا شامل رس کم پلاسیسیته به رنگ قهوهای میباشد. این لایه ها در بعضی اعماق با مقدار کمی ماسه همراه هستند. براساس طبقهبندی متحد خاک از نوع CL میباشد. سطح آب زیرزمینی به طور دقیق و با استفاده از پیزومتر سنجیده شده است. با توجه به وجود پیزومتر در محل اندازهگیری سطح اب در طول اجرای پروژه امکان پذیر بود. تراز آب زیرزمینی قبل از اجرای پروژه در عمق 26 متری از سطح زمین قرار داشت.مطالعات ژئوتکنیکی نیروگاه مزبور ابتدا با حفر 3 گمانه در محل سازه برج خنک کننده انجام گردید و سپس جهت تکمیل مطالعات فوق تعداد 9 گمانه دیگر مورد بررسی قرار گرفت و در پایان به منظور تعیین خصوصیات فیزیکی خاک آزمایشهای دانهبندی، هیدرومتری، حدود اتربرگ، دانسیته، سه محوری، تک محوری، تحکیم و برش مستقیم بر روی نمونههای معرف اخذ شده از محل انجام گرفته و بر این اساس مشخصات لایهها تعیین شده است. با توجه به نتایج آزمایشهای آزمایشگاهی، مشاهدات و آزمایشهای صحرایی و همچنین قضاوت مهندسی و با فرض ضریب پواسون ثابت برای لایه های خاک، پارامترهای خاک محل در جدول(1-1) خلاصه شده است.