مدلسازی شمع با استفاده از برنامه Geo-Slope/Sigma-w

نرم افزار Geo-Slope/Sigma-w یک نرم افزار ژئوتکنیکی میباشد که میتواند انواع المانهای سازهای و رفتارهای مختلف خاک را مدل کند. در این برنامه، المان سازهای فقط در تحلیل های دو بعدی تنش–کرنش((Plain Strain میتواند مورد استفاده قرار گیرد. جهت مدل کردن شمع در این برنامه از المان های تیری (Beam Element) استفاده می شود. این المان برای مدل کردن سازه هایی که دارای مقاومت محوری و مقاومت خمشی میباشند مورد استفاده قرار میگیرند. بنابراین در تعریف این المانها میبایست مقادیر مدول الاستیسیته، ممان اینرسی و سطح مقطع المان شمع معلوم باشد.

هر گره در المان تیری دارای دو درجه آزادی انتقالی در جهت های x و y و یک درجه آزادی دورانی حول محور z میباشد. یکی از معایب این نرم افزار ناتوانی آن در مدل کردن المانهای سازهای در بیرون از محدوده خاکی میباشد به عبارتی دیگر، المان سازهای درSigma-wحتماً می بایست در مجاورت المانهای خاکی قرار گیرد و به تنهایی و بدون اتصال به المان خاکی، قابل مدل کردن نیست. در این تحقیق برای رفع این مشکل، یک لایه نازک خاک با سختی بسیار پایین بطوریکه تاثیری در رفتار شمع نداشته باشد، در بالای سطح زمین و در امتداد شمع در نظر گرفته شد و المان شمع در بیرون از محدوده خاکی، در امتداد این لایه نازک مدل گردید.

در این مقاله، با فرض تحلیل دو بعدی تنش-کرنش در حالت کرنش مسطحه (Plain Strain) و با دقت قابل قبولی مدلهای مختلف شمع تحت اثر نیروهای افقی در داخل چهار نوع خاک، دو نوع خاک یکنواخت و دو نوع خاک لایه ای در نظر گرفته شده است. مدل اول در ارتباط با خاک رسی یکنواخت در تمام مقطع و مدل دوم در ارتباط با خاک ماسهای یکنواخت در تمام مقطع میباشد. مدل سوم مربوط به خاک رس دارای لایه ماسهای است که عمق لایه ماسهای به تدریج از بالا به سمت پایین افزایش مییابد و مدل چهارم، خاک ماسهای دارای لایه رسی است و عمق این لایه نیز به تدریج از بالا به سمت پایین اضافه میشود. در هر دو مدل لایهای، لایهها با ضخامت ۲، ۴، ۶، ۸، …، ۲۸ متر در نظر گرفته شدهاند .

با استفاده از نرم افزار Sigma-w، مقادیر لنگر خمشی، میزان جابجایی در طول شمع، میزان جابجایی نوک انتهایی شمع و همچنین تاثیر لایهها بر این مقادیر، تحت نیروهای استاتیکی ۵۰ تا ۵۰۰ کیلونیوتن که بصورت افقی به نوک انتهایی شمع وارد می شود محاسبه شدهاند(مرجع .([۶]