نوع فایل: word
قابل ویرایش 115 صفحه
چکیده:
روسازی راه به دلیل قدمت دیرینه‌ای که در جهان و نیز در ایران دارد. همواره از دیرباز مورد توجه مهندسین بوده است. به تدریج و با شکل‌گیری قالب استاندارد برای روسازیهای انعطاف‌پذیر و صلب، لزوم تهیه برنامه‌های کامپوتری و تحلیل عددی روسازی‌ها جهت صرف زمان کمتر و بررسی دقیق‌تر کاملاً اجتناب‌ناپذیر می‌نمود. در این پروژه سعی بر آن بوده است که روسازی انعطاف‌پذیر آسفالتی تحت اثر بارگذاری قائم در بالای رویه مورد بررسی قرار گرفته و توسط تئوری الاستیسیته و فرض ساده کننده روشش برمیستر جهت مدل لایه‌ای، تئوری ریاضی مربوط بسط داده شده و پایه‌های یک برنامه کامپیوتری براساس آن شکل گرفته است.
نرم‌افزارهایی که با بهره جستن از تئوری لایه‌ای اقدام به تحلیل رفتار خاک و محاسبه تنش‌ها و تغییر مکان‌ها می‌نمایند. همگی ملزم به رعایت فرضیات و قوانین خاص تئوری لایه‌ای هستند. این شرایط بعضاً محدود کننده ممکن است باعث تقریب‌های کوچک و یا بزرگی در جواب‌های نهایی سیستم گردد.
روسازیهای انعطاف‌پذیر را می‌توان با استفاده از تئوری چند لایه‌ای برمیستر تحلیل کرد. عمده‌ترین فرض تئوری فوق بی‌نهایت بودن هر یک از لایه‌ها در صفحه افقی است در این روش برای محاسبه پاسخ با توجه به فرض مهم تقارن محوری، یک تابع تنش فرض می‌شود که باید معادلات دیفرانسیل سازگاری و همچنین شرایط پیوستگی و مرزی را ارضاء کند. سپس از محاسبه این تابع تنش، می‌توان تنش‌ها و جابه‌جایی‌ها را به دست آورد.
یافتن راه حل ریاضی مناب برای تحلیل روسازی، آشنایی کامل با مفاهیم و فرضیات این روش، انتخاب مناسب پارامترها و متغیرهای مسئله، تدوین پایه‌های نرمافزار کامپیوتری جهت ورود اطلاعات این روش ریاضی به کامپیوتر و ساختن یک محیط User friendly برای کنترل ورودی‌های برنامه و ایجاد امکان هر گونه توسعه آتی در پیکره نرمافزار اهم از مواردی است که در این پروژه بدان توجه شده است.
پیشگفتار:
تحلیل روسازی‌ها مسئله مهمی است که امروز با توجه به گسترش صنعت ساختمان و راهسازی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. روش‌های متفاوتی برای تحلیل روسازی‌ها تا به امروز ارائه شده‌اند و هر کدام به نوبه خود دارای نقاط قوت و ضعفی هستند. دو روش عمده اصلی در تحلیل این مسائل منطق تئوری لایه‌ای و تئوری اجزاء محدود می‌باشد. بدیهی است که استفاده از هر کدام از روش‌ها ملزم به رعایت فرضیات اولیه و شرایط خاص حاکم بر آن روش خواهد بود. آنچه در این پروژه مورد اشاره قرار گرفته است؛ معرفی دو روش اصلی تحلیل روسازیهای انعطاف‌پذیر که یکی استفاده از تئوری الاستیسیته و سیستم لایه‌ای و دیگری روش اجزاء محدود می‌باشد و سعی شده است سیستم لایه‌ای و به تبع آن روش بر مسیتر برای حل لایه‌ای با توجه بیشتری بررسی شود و جزئیات بیشتری از الگوریتم ریاضی آن ارائه گردد. روش بر مسیتر برای حل لایه‌ای با توجه بیشتر بررسی شود و جزئیات بیشتری از الگوریتم ریاضی آن ارائه گردد.
در روش بر مسیتر برای پیدا کردن تنش‌ها و تغییر شکل‌ها در محیط لایه‌ای خاک و با فرض نیمه بودن محیط و وجود تقارن محوری، یک تابع تنش انتخاب شده و با در نظر گرفتن شرایط پیوستگی و شرایط مرزی معادلات دیفرانسیل حاصله حل شده و پاسخ‌های مورد نیاز به دست می‌آید.
فرضیات ریاضی حاکم بر این روش و الگوریتم مربوط به آن در فصل سوم این پروژه به تفصیل بیان شده و امکان یک مقایسه نسبی نیز فراهم شده است.
سپس از تشریح این مسائل، نرمافزار kenlayer به عنوان یک برنامه کامپیوتری مورد اعتماد که بر پایه تئوری لایه‌ای استوار است، تشریح شده و فرضیات و قابلیت و امکانات متفاوت این نرمافزار نحوه حل معادلات و گرفتن پاسخ‌ها، چاپ نتایج، تعریف حالات مختلف بارگذاری‌ها، اصل جمع آثار قوا و سایر مسائل فنی از این قبیل همگی در حوصله این پروژه مورد بررسی تفصیل قرار گرفته است و در انتهای این فصل آشنایی نسبتاً کاملی با این نرمافزار به وجود خواهد آمد.
سپس از آشنا شدن با نرمافزار kenlayer نرم‌افزاری که در این پروژه مورد بررسی و طراحی قرار گرفته است تشریح شده است این نرمافزار که بر پایه‌های تئوری الاستیسیته و سیستم لایه‌ای استوار است دقیقاً از همان منطق ریاضی و الگوریتم استفاده شده در kenlayer بهره برده است.
در طراحی این نرمافزار سعی شده است تا با تفکیک بخش‌های مختلف، برنامه به گونه‌ای تدوین شود که امکان اعمال تغییرات در آن همواره وجود داشته باشد. پارامترهای ورودی و خروجی و صفحات ثبت اطلاعات همگی در این قسمت مورد توجه قرار می‌گیرند تعیین تنش‌ها و کرنش‌ها، تعیین حالات مختلف بارگذاری‌ها، مصالح خطی و غیرخطی، از جمله مسائلی هستند که در این نرمافزار، تعبیه شده و امکان گسترش بخش‌های فوق در آینده برای آن لحاظ گردیده است.
موضوع اصلی این پروژه حاضر تدوین الگوریتم ریاضی جهت تحلیل روسازی انعطاف‌پذیر و در نهایت ارائه یک برنامه کامپیوتری با توجه به روش تحلیل سیستم لایه‌ای است که بتواند با ورود اطلاعات در یک محیط گرافیکی، خروجی‌های مناسب را به دست بدهد.
پروژه حاضر در شش فصل به شرح زیر نگارش شده است:
در فصل اول با عنوان مروری بر انواع روسازی، مروری کلی بر عوامل موثر بر طراحی روسازی شده است و در ادامه انواع روسازیهای انعطاف‌پذیر و صلب معرفی شده‌اند.
فصل دوم با عنوان کاهش عمر روسازیهای انعطاف‌پذیر در اثر تغییرات شرایط جنبدگی بین لایه‌ها با توجه به کرنش قائم روی خاک‌بستر.
در فصل سوم با عنوان روش‌های تحلیل روسازیهای انعطاف‌پذیر، شامل روش چند لایه‌ای روش اجزاء محدود، ارائه شده و این دو روش با یکدیگر مقایسه شده‌اند.
در فصل چهارم با عنوان بررسی عملکرد نرمافزار Kenlayer به عنوان یک مرجع مناسب برای تحلیل روسازی انعطاف‌پذیر به روش لایه‌ای، سعی شده است تا در حد نیاز، فرضیات به کار گرفته شده در این نرمافزار، تئوری ریاضی، تفکیک حالات مختلف بارگذاری و رفتار خطی و غیرخطی به تفضیل بیان شوند و نحوه ورود اطلاعات به برنامه و نمایش خروجی‌ها در پایان اجرای برنامه به صورت خلاصه مور اشاره قرار گرفته است.
در فصل پنجم با عنوان بررسی نرمافزار طراحی شده جهت تحلیل روسازی انعطاف‌پذیر، منطق ریاضی نرمافزار، فرضیات اولیه، الگوریتم عملکرد نرمافزار، ورودی‌ها و خروجی و نحوه کار بخش‌های مختلف نرمافزار به تفکیک مورد بررسی قرار می‌گیرند متغیرهای مورد استفاده در این نرمافزار و همچنین ورودی‌ها و خروجی‌ها با توجه به حفظ تشابه با Kenlayer در نظر گرفته شده و تا حد امکان در همان قالب نمایش داده می‌شوند. امکانات متفاوتی از نظر محیط برنامه‌نویسی، توسعه‌های آتی نرم‌افزاری و ..... نیز مورد بررسی قرار می‌گیرند.
در فصل ششم با عنوان مقایسه عملکرد نرمافزار طراحی شده و سایر نرم‌افزارهای موجود، امکان مقایسه‌ای فراهم شده است تا جواب‌های به دست آمده از این نرمافزار با جواب‌های به دست آمده از نرمافزار Kenlayer، تحت بارگذاری‌های مختلف یک چرخ و چند چرخ و نیز رفتار خطی و غیرخطی با لایه‌های مختلفی از روسازی و اساس و زیر اساس مورد بررسی قرار گیرد.
در فصل هفتم با عنوان جمع‌بندی و نتیجه‌گیری.
فهرست مطالب:
فصل اول ـ مروری بر انواع روسازی
1-1- مقدمه
1-2- تأثیر بارگذار و عوامل جوی بر سیستم روسازی
1-3- عوامل مؤثر در طرح روسازی‌ها
1-4- روسازیهای انعطاف‌پذیر
1-5- خلاصه و نتیجه‌گیری
فصل دوم : کاهش عمر روسازی های انعطاف پذیر در اثر تغییرات شرایط چسبندگی بین لایه ها با توجه به کرنش قائم روی خاک بستر
1- مقدمه
2- تاثیر بارهای افقی و اصطکاک بین لایه ای به عمر روسازی ها
3- تحلیل نظریه تاثیر شرایط بین لایه ای
4- انتخاب مدل و روش تحلیل
4-1 - مدل هندسی روسازی
4-2 – بارگذاری
4-3 - مدل تعیین عمر روسازی ها
5- تحلیل تاثیر شرایط بین لایه ای مختلف بر روی عملکرد روسازی
5-1- تاثیر اجراء ضعیف اندود تک کت ( حالت اجرایی)
5-2- تاثیر کاهش اجراء ضعیف اندود پریمکت ( حالت 3 اجرایی)
5-3- تاثیر اجرای نامناسب اندودهای بین لایه ای ( حالت 4 اجرایی)
6- خلاصه و نتیجه گیری
فصل سوم: روش‌های تحلیل روسازیهای انعطاف‌پذیر
3-1- مقدمه
3-2- حل سیستم‌های لایه‌ای با استفاده از تئوری چند لایه‌ای
3-1-1- معادلات پایه
3-2-2- شرایط مرزی و پیوستگی
3-3- حل سیستم‌های لایه‌ای با استفاده از روش اجزاء محدود
3-4- مقایسه روش چند لایه‌ای با روش اجزاء محدود
3-5- خلاصه و نتیجه‌گیری
فصل چهارم: بررسی نرمافزار Kenlayer جهت تحلیل روسازیهای انعطاف‌پذیر
4-1- تئوری نرمافزار
4-1-1- سیستم چند لایه‌ی الاستیک:
4-1-2- Super Position و تعیین پاسخ‌ها
4-1-2-1- تجزیه تنش‌ها به مولفه‌ها x و Y
4-1-2-2- محاسبه تنش‌های اصلی
4-1-2-3- محاسبه کرنش بحرانی
4-1-3- آنالیز خرابی (Damage Anaysis)
4-1-3-1- معیار بحرانی شکست ترک کششی
4-1-3-2- معیار بحرانی شکست تغییر شکل حداکثر
4-1-3-3- محورهای چندگانه
4-1-4- لایه‌های غیرخطی
4-1-4-1- مصالح دانه‌ای
4-1-4-1- تقسیم لایه به تعدادی زیر لایه
4-1-4-1-2- انتخاب نقطه مناسب جهت طراحی
4-1-4-2- مصالح ریزدانه
4-1-4-3- نقطه تنش برای لایه غیرخطی
4-2- نکات فنی راجع به Kenlayer
4-2-1- اطلاعات عمومی نرمافزار
4-2-1-1- مصالح
4-2-1-2- آنالیز خرابی
4-2-1-3- تعداد بازه‌های زمانی در هر سال
4-2-1-4- بارها
4-3- خلاصه و نتیجه‌گیری
فصل پنجم ـ بررسی نرمافزار (TUPAS) جهت تحلیل روسازیهای انعطاف‌پذیر
مقدمه
5-1- تئوری نرمافزار
عنوان
5-1-1- سیستم لایه‌ای
5-1-2- برهم نهی بارها و تعیین پاسخ‌ها
5-2- نکات فنی
5-3- خلاصه و نتیجه‌گیری
فصل ششم ـ مقایسه‌ی عملکرد و نتایج حاصل از نرم‌افزارهای TUPAS و KENLAYER
6-1- مقدمه
6-2- شرح چند مثال
6-2-1- شرح مسئله با چرخ منفرد
6-2-2- شرح مسئله با چرخ چندگانه
6-3- حل چند مثال
6-3-1- حل مسئله 3 لایه‌ای تحت بارگذاری تک چرخ
6-3-2- حل مسئله 3 لایه‌ای تحت بارگذاری ناشی از یک محور سه گانه
6-3-3- حل مسئله 3 لایه غیرخطی ناشی از بارگذاری تک چرخ
6-4- آنالیز حساسیت
6-4-1- آنالیز خطی
6-4-1-1- سیستم سه لایه‌ای
6-4-1-2- تاثیر ضخامت لایه
6-4-1-3- تاثیر مدول لایه‌ها
6-4-2- آنالیز غیرخطی
فصل هفتم ـ جمع‌بندی و نتیجه‌گیری
7-1- خلاصه
7-2- نتیجه‌گیری
7-3- پیشنهادات
منابع و مراجع
منابع و مأخذ:
Austroads (1992), "Pavement Design-a Guide to the structural Design of pavement" , Sydney.
J. Yoder and M.W. Witczak (1975), "Principles of Pavement Design", 2nd edition, John Wiley and Sons INC/
Incorporating the south Africa Mechanistic Pavement Design (2000), "PADS 1.10 User’s Guide", Computer program.
Yang H.Hung (1993), "Pavement Analysis and Design", Prentice Hall, Englewood Cliffes, New Jersey.
طباطبایی امیر محمد، «روسازی راه»، مرکز نشر دانشگاهی، 1364.
[1] Young H. Huang, "Pavement Analysis and Design", Prentice – Hall, 1993, 590pp.
[2] Romanoschi Sefan, A. and Mtacalf John, "Effects of Interface Condition an Horizontal Whell Loas on the Life of Flexible Pavement Structures", Trasnportation Research Record, 1778, 2001, PP. 123-131.
[3] Romanoschi Stefan A., and Metcalf John, B. "Characterization of Asphalt Concerete Layer Interfaces", Transportation Research Record, 1778, 2001, PP, 132 – 139.
[4] Timenshko Stephan P., "Mechanics of Materials", MsGraw – Hill, 1965, 629 pp.
]5[ دفتر تحقیقات و معیارهای فنی وزارت «راه و ترابری؛» مشخصات بار مجاز کامیون‌های بارکش»، وزارت راه و ترابری، 1364.
[6] Shell International Petroluem Company Limited, "Shell Pavement Design Manual", Shell Company, 1995, 250pp.
- از اینترنت و مقاله آقای دکتر محمد مهدی خیری
پروژه رشته عمران با عنوان تحلیل روسازی انعطاف پذیر. doc