متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی عمران

گرایش : سازه

عنوان : تعيين فشار هيدروديناميك در مخزن سدهاي بتني وزني تحت اثر بار دینامیکی با احتساب ویسکوزیته سیال

دانشگاه مازندران

مجتمع فنی مهندسی نوشیروانی بابل

دانشکده مهندسی عمران

جهت اخذ درجه كارشناسي ارشد

رشته مهندسي عمران- سازه

عنوان پايان نامه:

تعيين فشار هيدروديناميك در مخزن سدهاي بتني وزني تحت اثر بار دینامیکی با احتساب ویسکوزیته سیال

اساتيد راهنما:

دكتر  بهرام نوائي نيا  

دكتر  داوود دومیری گنجی

استاد مشاور:

دکتر جواد واثقی امیری

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فصل اول : کلیات………………………………………………………. 1

1-1-مقدمه…………………………………………………………….. 2

1-2-آشنایی با رفتار دینامیکی سیستم سد- مخزن…………….. 4

1-3-هدف تحقیق…………………………………………………….. 6

1-4 -ساختار پایان نامه……………………………………………… 6

فصل دوم : معادلات حاکم و بررسی روش های حل معادلات……..7

2-1- مقدمه…………………………………………………………… 8

2-2- معادله حاکم بر انتشار امواج در محیط مخزن………………. 8

2-3-شرایط اولیه و مرزی محیط سیال…………………………… 12

2-3-1-شرط مرزی در سطح آزاد مخزن…………………………. 13

2-3-2-شرط مرزی در کف مخزن…………………………………. 13

2-3-3-شرط مرزی بین سد و مخزن………………………………. 14

2-3-4-شرط مرزی در بالا دست مخزن……………………………15

2-3-5-شرایط اولیه………………………………………………… 16

2-4-بررسی روش های حل معادلات دیفرانسیل………………. 16

2-4-1-روش های حل بسته……………………………………… 17

2-4-1-1-روش جواب عمومی……………………………………. 17

2-4-1-2-روش جداسازی متغیر ها……………………………… 17

2-4-1-3-روش استفاده از تبدیلات……………………………… 18

2-4-1-3-1-تبدیلات فوریه……………………………………….. 19

2-4-1-3-1-1-تبدیل فوریه سینوسی…………………………… 19

2-4-1-3-1-2-تبدیل فوریه کسینوسی…………………………. 19

2-4-1-3-1-3-تبدیل فوریه……………………………………….. 20

2-4-1-3-2-تبدیل لاپلاس……………………………………….. 21

2-4-2-روش های تقریبی………………………………………… 21

2-4-2-1-روش هموتوپی پرتورپیشن…………………………… 22

2-4-2-2-روش تغییرات تکراری………………………………….. 24

2-4-2-2-1-روش محاسبه ضریب لاگرانژ………………………… 24

2-4-3-روشهاي عددي……………………………………………. 25

2-4-3-1-روش لاگرانژي………………………………………….. 26

2-4-3-2-روش اويلري……………………………………………. 26

فصل سوم : نگرشی بر مطالعات انجام شده………………… 27

3-1-مقدمه………………………………………………………… 28

3-2-نتایج کار وسترگارد………………………………………….. 28

3-3-بررسی صحت حل وسترگارد………………………………. 31

3-4-نتایج کار چوپرا ……………………………………………….32

3-4-1-پاسخ به حرکت افقی زمین…………………………….. 32

3-4-1-1-مقایسه جواب چوپرا با وسترگارد…………………….. 34

3-4-1-2-پاسخ ضربه واحد……………………………………….. 37

3-4-2-پاسخ به حرکت قائم زمین……………………………….. 38

3-5-اثر اندرکنش سد- مخزن……………………………………. 40

3-5-1- مولفه افقی حرکت زمین……………………………….. 40

3-5-2- مولفه قائم حرکت زمین………………………………….. 41

3-5-3-مقایسه پاسخ به موئلفه افقی و قائم زلزله……………. 42

3-6-بررسی پاسخ ها در حوزه زمانی…………………………… 44

3-7-بررسی پاسخ ها به روش عددی………………………….. 46

3-8-بررسی شرط مرزی انتشار………………………………… 46

فصل چهارم : حل معادلات حاکم……………………………….. 48

4-1- مقدمه……………………………………………………….. 49

4-2-حل معادله حاکم با سیال لزج تحت شتاب افقی………… 50

4-3-حل معادله حاکم با سیال لزج تحت شتاب قائم و اثر موج سطحی و اثر جذب کف…60

4-4-حل معادله حاکم با سیال لزج تحت شتاب افقی و قائم و اثر موج سطحی و اثر جذب کف….79

4-5-حل معادله حاکم با سیال غیر لزج تحت شتاب افقی در حوزه زمانی…81

4-5-1-روش جدا سازی متغیر ها با 3 متغیر………………….. 81

4-5-2-تبدیل لاپلاس……………………………………………. 84

4-5-3-تبدیل فوریه کسینوسی………………………………… 87

4-6-حل معادله حاکم با سیال غیر لزج تحت شتاب قائم واثر موج سطحی در حوزه زمانی….89

4-7-بررسی سیال تراکم ناپذیر ………………………………….91

4-7-1-اثر شتاب قائم بر روی سیال تراکم ناپذیر………………. 91

4-7-2-اثر شتاب افقی بر روی سیال تراکم ناپذیر……………. 97

4-8-بررسی اثر جذب کف در حالت شتاب افقی……………. 103

4-8-1-حل و بحث رابطه بازگشتی…………………………… 105

4-8-1-1- ارائه پاسخي براي  بر اساس روش پیشنهادی پاولچر…..110

4-9- اثر موج سطحی در حالت شتاب افقی……………….. 116

4-10-بررسی شرط انتشار…………………………………… 118

4-10-1-شرط انتشار با در نظر گرفتن طول محدود…………. 118

4-10-2-شرط انتشار سامرفیلد……………………………….. 124

4-10-3-شرط انتشار شاران ………………………………….125

4-10-4-شرط انتشار دقیق……………………………………. 127

فصل پنجم : نتيجه گيري و پيشنهادات………………………. 132

5-1- نتيجه گيري……………………………………………….. 133

5-2- پيشنهادات………………………………………………… 135

مراجع……………………………………………………………. 136

چکیده:

با توجه به افزایش روزافزون جمعیت و نیاز فزاینده به ذخیره سازی آب از یکطرف و پیشرفت علم و تکنولوژی از طرف دیگر، ساخت سد ها را برای توسعه منابع آب،  به منظور ذخیره سازی آن توجیه پذیر می نماید. سدهای بتنی بلند که به فرم مدرن خود از اوائل قرن بیستم مورد توجه قرار گرفتند تحت تاثیر فشار هیدرودینامیکی قابل توجه آب مخزن تحت اثر زلزله قرار می گیرند.  تعیین مقادیر فشارهای هیدرودینامیکی در تحلیل لرزه ای که بطور کلاسیک از سال 1933 با فرضیات ساده شونده ای شروع گردیده بدلیل پیچیدگی آن همچنان مورد توجه محققین می باشد.

در این تحقیق معادله حاکم بر محیط مخزن با در نظر گرفتن اثر لزجت سیال با فرض سد صلب و شرایط متفاوت مرزی در محیط مخزن مورد توجه قرار گرفته و حل دقیق آن در فضای فرکانسی و نیز فضای زمانی تحت تحریک هارمونیک افقی و قائم برای لزجت های مختلف سیال مخزن ارائه گردیده است.  

نتایج نشان می دهند که لزجت سیال بر فرکانس تشدید مخزن تاثیر گذاشته و باعث ایجاد تغییراتی در آن نسبت به حالتی که لزجت در نظر گرفته نمی شود می گردد. این تغییرات در فرکانس های تحریک نزدیک به فرکانس تشدید مخزن برروی فشار هیدرودینامیک نسبت به حالتی که لزجت صفر فرض می گردد نسبتا قابل توجه می باشد.

فصل اول: کلیات

1-1- مقدمه

با توجه به توسعه روز‌افزون صنعت و رشد جمعيت و نياز كارگاه‌ها و صنايع كوچك و بزرگ و كشاورزي به مصرف آب در كشورمان نياز به حفظ و نگهداري منابع آبي و تنظيم جريانهاي آبي در كشور بيش از پيش احساس مي‌شود. يكي از مهمترين روشهاي تنظيم جريانهاي رودخانه ساخت سد مي‌باشد. در مسير ساخت و بهره‌برداري از يك سد ابتدايي‌ترين گام بررسي مدل ریاضی سد و نيروهاي وارد بر سازه سد مي‌باشد. در اين مسير دو شيوه متفاوت جهت تحلیل وجود دارد.

1- تخلیل استاتیکی

در اين روش، مسئله با توجه به دانش مقاومت مصالح و قوانين پايداري استاتيكي بررسي مي‌شود. در اين روش تمام نيروها به صورت استاتيكي بررسي مي‌شوند و سيال هم مانند خواصي كه يك جسم صلب دارد تراكم‌ناپذير در نظر گرفته مي‌شود، كه همراه با سد جا به جا مي‌شود و پاسخ‌هاي سازه مستقل از زمان بدست مي‌آيند.

در اين روش با اعمال ضريبي به نام ضريب بار يا فاكتور ضربه، بارهاي ديناميكي را به بارهاي استاتيكي معادل تبديل و رفتار سازه در حالت استاتيكي تعيين مي‌شود. در محاسبه نيروي زلزله به اين روش در سدهاي بتني، اثر نيروي زلزله به صورت يك نيروي افقي و قائم بر حسب ضریبی از جرم سازه به طور يكنواخت در ارتفاع سد در نظر گرفته مي‌شود. اين ضريب توسط محاسبات رياضي و با استفاده از تجربيات و قضاوت مهندسي تعيين مي‌گردد.

همچنین نیروی هیدرودینامیکی سيال به صورت جرم افزوده معادل جايگزين می گردد. اين نيرو به نيروي هيدرواستاتيك اعمالي از طرف مخزن بايد اضافه شود. وزن سيال معادل، مقداری از سيال پشت سد می باشد که فرض می شود همراه با سد جابجا می شود که به شکل جرم اضافی در نظر گرفته می شود.

2- تحلیل دینامیکی

در اين روش با حل معادلة حاكم بر رفتار سیستم سد- مخزن و در يك بازه زمانی، پاسخ ها ( تغيير مكان، فشار، تنش و… ) بدست مي‌آيد. این پاسخ‌ها وابسته به زمان می باشد. تحليل ديناميكي سيستم سد و مخزن را به دو شيوه مي‌توان بررسي نمود:

1- بدون در نظر گرفتن اندركنش1 سد و مخزن.

2- با در نظر گرفتن اندركنش سد و مخزن.

تحليل سازه‌ها در مقابل نيروهاي ديناميكي ناشي از زلزله، انفجار، باد، برخورد امواج، بارهاي متحرك و … به علت طبيعت متغير اين نيروها، نسبت به تحليل استاتيكي كاري مشكل، پرهزينه و وقت‌گير مي‌باشد. ليكن از آنجائيكه نيروهاي ناشي از زمين لرزه از موارد بسيار مهم و تعيين‌كننده در طراحي سازه ‌هاي بزرگ بخصوص سدها مي‌باشد، لزوم آناليز ديناميكي اجتناب ‌ناپذير است. ميزان دقت در ارزيابي اين نيروها، به مدل سازه، مقدار بار ديناميكي و مدل رياضي انتخابي بستگي دارد.

به طوركلي فرضيات مورد استفاده در اغلب تحليل سيستم‌های سد- مخزن توسط محققين به شرح زير می باشد:

1- رفتار مصالح اعم از آب، بتن ارتجاعي2 و خطي3 فرض مي‌گردد.

2- محيط مورد مطالعه (آب يا جسم سد) همگن4 و هموژن5 فرض مي‌گردد.

3- آب مخزن، غيرچسبنده1 فرض مي‌شود.

4- حركت آب مخزن غيرپيچشي2 و با دامنه كم مي‌باشند.

5- امواج غيرسطحي در نظر گرفته نمي‌شود.

6- پي سد صلب در نظر گرفته مي‌شود.

7- مولفه افقي حركت زمين عمود بر محور سد مي باشد.

8- سد بسيار  عريض بوده به صورتي كه سيستم سد و مخزن دو بعدي بررسي مي‌گردد.

9-مخزن سد در امتداد بالادست تا بی نهایت ادامه می یابد.

بتدريج با گسترش روش های تحليلی وعددی بعضی از فرضيات مذکور حذف و مسئله به واقعيت نزديکتر گرديد.

2-1- آشنايي با رفتار ديناميكي سيستم سد- مخزن

سيستمي متشكل از يك سد بتني وزني طويل كه بر روي پي صلب قرار دارد و مخزني با كف افقي كه تا بي‌نهايت ادامه داشته باشد مطابق شکل (1-1) در نظر گرفته می شود.

به هنگام وقوع زلزله، سد كه به زمين متصل است به نوسان واداشته مي‌شود در حالي كه حجم عظيم آب پشت سد بدليل نيروي برشي ناچيز بين كف مخزن و محيط سيال، مستقيماً تحت تأثير حركت زمين قرار نمي‌گيرد و تنها در اثر ارتعاشات سد در محيط مخزن امواج فشار هيدروديناميك ايجاد مي‌شوند كه در تمام جهات از جمله به سمت بالادست مخزن منتشر مي‌گردند و انرژي را با خود از محيط دور مي‌كنند.

نيروهاي ديناميكي مولد حركت در سد عبارتنداز: نيروي اينرسي ناشي از حركت زمين و نيروي هيدروديناميك اعمال شده از طرف سيال بر وجه بالادست سد. ضمن اینکه فشارهاي هيدروديناميكي كه در سيال مجاور سد ايجاد مي‌شوند خود تابعي از حركت سد مي‌باشند. به اين ترتيب دستگاه مطالعات ديناميكي حاكم بر حركت سد و فشار هيدروديناميك در محيط سيال، مستقل از يكديگر نبوده و اصطلاحاً كوپله مي‌باشند.

به طوركلي اندركنش بين سد و مخزن موجب افزايش تنش‌هاي داخلي سد مي‌گردد. هرچه سد انعطاف‌پذيرتر باشد معادلات سيستم درگير‌تر خواهند بود و تأثير اندركنش بين سد و مخزن بر پاسخ ديناميكي سيستم بیشتر می باشد. برعكس، هرچه سد صلب‌تر باشد، تأثير اندركنش بين سد و مخزن بر پاسخ ديناميكي سيستم كمتر می باشد]1[.

3-1- هدف تحقیق

بطور کلی هدف از این تحقیق حل معادله ديفرانسيل حاکم بر رفتار مخزن با سيال لزج مي باشد. بر این اساس شتاب افقي در مخزن سد در اثر ارتعاش بدنه سد و سپس شتاب قائم در مخزن سد در اثر ارتعاش در کف مخزن مورد بررسی قرار می گیرد. در حل اين معادلات مسائلي چون اثر جذب کف، اثر موج سطحي و شرط انتشار انرژي در حالت بدون در نظر گرفتن اندرکنش سازه و سیال در نظر گرفته می شود.

4-1- ساختار پایان نامه

اين تحقیق شامل پنج فصل می باشد، که فصل اول آن به مقدمه وکلیات تحقیق پرداخته است. در فصل دوم به روابط و مبانی دینامیک سیالات اشاره شده است و بعد از ارائه معادلات دیفرانسیل حاکم بر رفتار سیستم سد- مخزن و شرایط مرزی و اولیه به بررسی انواع روش های حل معادلات دیفرانسیل پرداخته و نقاط قوت وضعف هر یک از روش ها بیان می گردد.

در فصل سوم خلاصه ای از مطالعات و کار های انجام یافته توسط محققین قبلی، ارائه شده است.

در فصل چهارم به حل معادلات حاکم بر سیستم سد- مخزن پرداخته و نتایج بدست آمده با نتایج مطالعات انجام شده توسط محققین قبلی کنترل می شود. همچنین در فصل چهارم اثرات پدیده های مختلفی چون اثر جذب کف، اثر موج سطحی، شرط انتشار موج در مخزن و تاثیر همزمان شتاب افقی و شتاب قائم زلزله بررسی شده است. فصل پنجم به جمع بندی نتایج بدست آمده از این تحقیق پرداخته و در نهایت به ارائه پیشنهادات برای تحقیقات آتی می پردازد.

1 interaction

2 elastic

3 linear

4 isotrope

5 homogenous

1 inviscid

2 irrotational

تعداد صفحه : 146

قیمت : 17300تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ———- ****       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

*********  ********* *********

دسته بندی : عمران