عنوان :

پایان نامه تحلیل روسازی انعطاف پذیر

تعداد صفحات :۱۱۴

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

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.

پروژه مذکور رفتار خطی و غیرخطی لایه‌های خاک را تحت اثر بارگذاری چرخهای وسیله نقلیه در سطح روسازی مورد بررسی قرار داده و نرم‌افزار و روشهای ریاضی موجود را جهت تحلیل روسازی‌ها معرفی می‌نماید.

۱- هر گونه بارگذاری اعم از تک چرخ یا چند چرخ توسط این روش قابل آنالیز می‌باشد. جهت تحلیل تحت بارگذاری محورهای دوگانه و سه‌گانه از قاعده Super Position استفاده می‌شود. با کمک این اصل هرگونه بارگذاری روی روسازی آسفالتی قابل تعریف می‌باشد.

۲- مصالح جهت معرفی به این روش ریاضی به سه دسته اصلی مصالح خطی الاستیک، غیرخطی الاستیک و ویسکوالاستیک تقسیم می شوند. در حالت خطی و الاستیک روش بر میستر به صورت مستقیم قابل استفاده است و از معادلات مشروح که ذکر آنها گذشت، تنشها و تغییر مکانها در خاک بدست می آیند. در حالت غیرخطی ابتدا نوع مصالح از نظر دانه‌ای و ریز دانه بودن مورد بررسی قرار گرفته و با محاسبه پارامتر ، مسئله تبدیل به حالت خطی الاستیک اصلاح شده می‌گردد و در حالت جدید حل می‌گردد این تکرار تا آنجا ادامه خواهد داشت که جوابهای بدست آمده برای مسئله همگرا شوند.

۳- نرم‌افزار Kenlayer جهت تحلیل روسازی‌های انعطاف‌پذیر و به زبان فرترن ۷۷ نوشته شده است. با این برنامه می توان حداکثر ۱۹ لایه خاک را تحلیل نمود و پاسخها را در حداکثر ۱۹۰ نقطه بدست آورد.

خواص خطی یا غیرخطی بودن مصالح، ویسکوالاستیک بودن، تعریف پریودهای زمانی استفاده از بارگذاری چند محوره همگی در این نرم‌افزار وجود دارد.

۴- نرم‌افزار TUPAS جهت تحلیل روسازی‌هی انعطاف‌پذیر و با بهره بردن از ابزار قوی ریاضی Matlab نوشته شده است. با این برنامه می‌توان حداکثر ۱۰ لایه خاک را تحلیل نمود و تنشها و تغییر مکانها را در ۱۵۰ نقطه بدست آورد. جوابهای بدست آمده از این برنامه تقریبا از دقت مناسبی برخوردار است باتوجه به در اختیار بودن کدهای برنامه فوق، امکان اعمال تغییرات و در هر یک از قابلیتهای مختلف آن همواره وجود دارد. برنامه فوق، مصالح خطی و غیرخطی و بارگذاری‌های ناشی از چند محور را تحلیل می‌نماید.

۵- روش حل لایه‌ای برای مصالح خطی الاستیک، جوابهای خوب و نسبتا دقیقی را بدست می‌دهد ولی در آنالیز غیرخطی به دلیل فرض اساسی سیستم لایه‌ای مبنی بر حل خطی، در لایه‌های غیرخطی اصطلاحا نقاط تنشی تعریف می شوند و دوباره مسئله خطی فرض می شود که این فرض با توجه به رفتار واقعی لایه‌های خاک از نظر تئوری فرض درستی نیست.

در چنین شرایطی برنامه‌هایی که به روش اجزاء محدود اقدام به تحلیل روسازی می‌نمایند، جوابهای دقیقتری را احتمالا بدست خواهند داد. چرا که این روش، شرایط موجود را همانگونه که هست درنظر می‌گیرد. با این وجود به خاطر تأثیر ناچیز تبدیل مصالح غیرخطی به مصالح خطی در جوابهای نهایی روش لایه‌ای بسیار مطلوب‌تر مقبول‌تر جلوه می‌کند.

۶- یکی از نقاط قوت آنالیز لایه‌ای، فرض نیمه بی‌نهایت محیط خاک می‌باشد که تا حد زیادی با واقعیت سازگاری دارد در حالی در روش اجزاء محدود به دلیل نیاز به المان‌بندی لایه‌ها، باید حتما ابعاد و عمق معینی را به کار برد.

واژه های کلیدی: روسازی‌های انعطاف‌پذیر، تحلیل سیستم لایه‌ای، نرم‌افزار Kenlayer

 فهرست مطالب

فصل اول ـ مروری بر انواع روسازی   ۱۶
۱-۱- مقدمه   ۱۷
۱-۲- تأثیر بارگذار و عوامل جوی بر سیستم روسازی   ۱۷
۱-۳- عوامل مؤثر در طرح روسازی‌ها   ۲۰
۱-۴- روسازی‌های انعطاف‌پذیر   ۲۱
۱-۵- خلاصه و نتیجه‌گیری   ۲۲
فصل دوم : کاهش عمر روسازی های انعطاف پذیر در اثر تغییرات شرایط چسبندگی بین لایه ها با توجه به کرنش قائم روی خاک بستر    ۲۳
۱- مقدمه    ۲۴
۲- تاثیر بارهای افقی و اصطکاک بین لایه ای به عمر روسازی ها   ۲۵
۳- تحلیل نظریه تاثیر شرایط بین لایه ای    ۲۶
۴- انتخاب مدل و روش تحلیل   ۲۹
۴-۱ –  مدل هندسی روسازی   ۲۹
۴-۲ – بارگذاری   ۳۱
۴-۳ – مدل تعیین عمر روسازی ها    ۳۳
۵- تحلیل تاثیر شرایط بین لایه ای مختلف بر روی عملکرد روسازی    ۳۳
۵-۱- تاثیر اجراء ضعیف اندود تک کت ( حالت اجرایی)   ۳۴
۵-۲- تاثیر کاهش اجراء ضعیف اندود پریمکت ( حالت ۳ اجرایی)   ۳۵
۵-۳- تاثیر اجرای نامناسب اندودهای بین لایه ای ( حالت ۴ اجرایی)   ۳۷
۶- خلاصه و نتیجه گیری   ۳۹
فصل سوم: روش‌های تحلیل روسازی‌های انعطاف‌پذیر   ۴۱
۳-۱- مقدمه   ۴۲
۳-۲- حل سیستم‌های لایه‌ای با استفاده از تئوری چند لایه‌ای   ۴۲
۳-۱-۱- معادلات پایه   ۴۴
۳-۲-۲- شرایط مرزی و پیوستگی   ۴۷
۳-۳- حل سیستم‌های لایه‌ای با استفاده از روش اجزاء محدود   ۵۰
۳-۴- مقایسه روش چند لایه‌ای با روش اجزاء محدود   ۵۵
۳-۵- خلاصه و نتیجه‌گیری   ۵۸
فصل چهارم: بررسی نر‌م‌افزار Kenlayer جهت تحلیل روساز‌ی‌های انعطاف‌پذیر
۴-۱- تئوری نرم‌افزار   ۶۱
۴-۱-۱- سیستم چند لایه‌ی الاستیک:   ۶۱
۴-۱-۲- Super Position و تعیین پاسخ‌ها   ۶۲
۴-۱-۲-۱- تجزیه تنش‌ها به مولفه‌ها x و Y   ۶۴
۴-۱-۲-۲- محاسبه تنش‌های اصلی    ۶۵
۴-۱-۲-۳- محاسبه کرنش بحرانی   ۶۵
۴-۱-۳- آنالیز خرابی (Damage Anaysis)   ۶۶
۴-۱-۳-۱- معیار بحرانی شکست ترک کششی   ۶۶
۴-۱-۳-۲- معیار بحرانی شکست تغییر شکل حداکثر   ۶۷
۴-۱-۳-۳- محورهای چندگانه   ۶۸
۴-۱-۴- لایه‌های غیرخطی   ۷۰
۴-۱-۴-۱- مصالح دانه‌ای   ۷۰
۴-۱-۴-۱- تقسیم لایه به تعدادی زیر لایه   ۷۲
۴-۱-۴-۱-۲- انتخاب نقطه مناسب جهت طراحی   ۷۲
۴-۱-۴-۲- مصالح ریزدانه   ۷۴
۴-۱-۴-۳- نقطه تنش برای لایه غیرخطی   ۷۷
۴-۲- نکات فنی راجع به Kenlayer   ۷۹
۴-۲-۱- اطلاعات عمومی نرم‌افزار   ۷۹
۴-۲-۱-۱- مصالح   ۷۹
۴-۲-۱-۲- آنالیز خرابی   ۸۱
۴-۲-۱-۳- تعداد بازه‌های زمانی در هر سال   ۸۱
۴-۲-۱-۴- بارها   ۸۱
۴-۳- خلاصه و نتیجه‌گیری   ۸۲
فصل پنجم ـ بررسی نرم‌افزار (TUPAS) جهت تحلیل روسازی‌های انعطاف‌پذیر
مقدمه   ۸۵
۵-۱- تئوری نرم‌افزار   ۸۶
۵-۱-۱- سیستم لایه‌ای   ۸۷
۵-۱-۲- برهم نهی بارها و تعیین پاسخ‌ها   ۸۷
۵-۲- نکات فنی   ۸۹
۵-۳- خلاصه و نتیجه‌گیری   ۹۱
فصل ششم ـ مقایسه‌ی عملکرد و نتایج حاصل از نرم‌افزارهای TUPAS و KENLAYER
۶-۱- مقدمه   ۹۴
۶-۲- شرح چند مثال   ۹۴
۶-۲-۱- شرح مسئله با چرخ منفرد   ۹۴
۶-۲-۲- شرح مسئله با چرخ چندگانه   ۹۴
۶-۳- حل چند مثال   ۹۵
۶-۳-۱- حل مسئله ۳ لایه‌ای تحت بارگذاری تک چرخ   ۹۵
۶-۳-۲- حل مسئله ۳ لایه‌ای تحت بارگذاری ناشی از یک محور سه گانه   ۹۶
۶-۳-۳- حل مسئله ۳ لایه غیرخطی ناشی از بارگذاری تک چرخ   ۹۸
۶-۴- آنالیز حساسیت   ۱۰۰
۶-۴-۱- آنالیز خطی   ۱۰۱
۶-۴-۱-۱- سیستم سه لایه‌ای   ۱۰۱
۶-۴-۱-۲- تاثیر ضخامت لایه   ۱۰۳
۶-۴-۱-۳- تاثیر مدول لایه‌ها   ۱۰۴
۶-۴-۲- آنالیز غیرخطی   ۱۰۶
فصل هفتم ـ جمع‌بندی و نتیجه‌گیری   ۱۰۸
۷-۱- خلاصه   ۱۰۹
۷-۲- نتیجه‌گیری   ۱۱۱
۷-۳- پیشنهادات   ۱۱۱
منابع و مراجع   ۱۱۳

منابع و مراجع

Austroads (1992), “Pavement Design-a Guide to the structural Design of pavement” , Sydney.

E.J. Yoder and M.W. Witczak (1975), “Principles of Pavement Design”, 2^nd 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، ۱۳۶۴٫

[۱] Young H. Huang, “Pavement Analysis and Design”, Prentice – Hall, 1993, 590pp.

[۲] 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.

[۳] Romanoschi Stefan A., and Metcalf John, B. “Characterization of Asphalt Concerete Layer Interfaces”, Transportation Research Record, 1778, 2001, PP, 132 – ۱۳۹٫

[۴] Timenshko Stephan P., “Mechanics of Materials”, MsGraw – Hill, 1965, 629 pp.

]۵[ دفتر تحقیقات و معیارهای فنی وزارت «راه و ترابری؛» مشخصات بار مجاز کامیون‌های بارکش»، وزارت راه و ترابری، ۱۳۶۴٫

[۶] Shell International Petroluem Company Limited, “Shell Pavement Design Manual”, Shell Company, 1995, 250pp.

۱-۱- مقدمه

هدف از روسازی راه یا فرودگاه احداث یک سطح صاف و هموار و در عین حال با ایمنی کافی برای استفاده‌کنندگان از راه یا فرودگاه است. روسازی باید طوری طراحی و ساخته شود که بتواند وزن وسایل نقلیه را تحمل کند و در هر شرایط جوی قابل استفاده باشد. زمین در حالت طبیعی مقاومت کافی برای تحمل بارهای وارد از چرخ‌های وسایل نقلیه سنگین نظیر کامیون‌ها و هواپیماها را ندارد و بارگذاری این گونه خاک‌ها موجب شکست برشی خاک و به وجود آمدن تغییر شکل‌های بیش از اندازه در آن می‌شود.

برای جلوگیری از شکست برشی خاک و به وجود آمدن تغییر شکل‌های دائم بیش از اندازه در آن، باید از شدت تنش‌های فشاری قائم بر روی خاک کاسته شود. این عمل با قرار دادن لایه‌ای از مصالح مرغوب و با مقاومت زیاد بر روی خاک انجام می‌شود. جنس و ضخامت این لایه که به روسازی مرسوم است. باید طوری باشد که ضمن آنکه بتواند شدت تنش‌های فشاری قائم را به میزان قابل تحمل خاک بستر روسازی کاهش دهد، خود نیز قادر به تحمل بارهای وارد بر آن باشد.

۱-۲- تأثیر بارگذاری و عوامل جوی بر سیستم روسازی

شدت تنش‌های فشاری قائم که در اثر بارگذاری در یک توده خاک به وجود می‌آید در نقاط مختلف متفاوت است. شدت این تنش‌ها در نقاط واقع در زیر سطح بارگذاری شده حداکثر است و با افزایش فاصله‌ی این نقاط از سطح بارگذاری شده از شدت تنش‌های فشاری قائم نیز کاسته می‌شود در شکل ۱-۱ منحنی تغییرات تنش فشاری قائم در یک توده خاک در اثر یک بار یکنواخت با سطح تماس دایره‌ای شکل نشان داده شده است.

با توجه به این اصل در مواردی که ضخامت روسازی زیاد است می‌توان به منظور اقتصادی‌تر کردن ساختمان روساز، آن را از چندین لایه با مقاومت و مرغوبیت‌های متفاوت طرح  و اجرا کرد. نحوه قرارگیری متداول لایه‌های روسازی باید به ترتیبی باشد که لایه‌های با مصالح مقاوم‌تر و مرغوب‌تر در لایه‌های بالاتر روسازی قرار گیرند، زیرا در این نقاط شدت تنش‌های فشاری وارد بر روسازی بیشتر است و از مصالح با مرغوبیت و مقاومت کمتر در لایه‌های زیرین که میزان تنش‌ها در آنجا کمتر است استفاده می‌شود.

جنس و ضخامت لایه‌های روسازی باید طوری انتخاب شود که ضمن آنکه هر یک از لایه‌ها بتواند در برابر تنش‌های وارد بر آن مقاومت کند، باید قادر باشد که شدت این تنش‌ها را تا میزان قابل تحمل برای لایه‌ای که در زیر آن قرار گرفته است کاهش دهد.

در راه‌های با درآمد و شد زیاد و فرودگاه‌ها لایه‌های بالایی روسازی و بخصوص لایه‌ی رویه، از مصالح قیری و یا سیمانی ساخته می‌شود. در اثر بارگذاری روسازی، این نوع رویه‌ها تغییر شکل داده و در آنها تنش‌های کششی و رفتاری افقی به وجود می‌آید. (شکل ۱ـ۲)

هر گاه شدت تنش‌های کششی افقی در لایه روسازی از میزان استقامت کششی مصالح آن لایه بیشتر شود موجب ترک خوردن آن لایه می‌شود. بنابراین جنس و ضخامت لایه‌های روسازی که از مصالح قیری یا سیمانی ساخته می‌شوند باید طوری انتخاب شود که در برابر تنش افقی به وجود آمده در آنها مقاومت کنند و ترک نخورند.

عوامل جوی به خصوص آب، یخبندان و تغییر درجه‌ی حرارت به طور مستقیم و یا غیرمستقیم بر روسازی اثر کرده و موجب خرابی آن می‌شود بنابراین روساز‌ها باید طوری طراحی و ساخته شوند که بتوانند در برابر عوامل جوی مقاومت کرده و خراب نشوند. اگر روسازی به طور صحیح طراحی و اجرا نگردد آب در آن نفوذ کرده و باعث کاهش مقاومت مصالح روسازی و به خصوص خاک بستر آن می‌شود. این امر باعث کاهش قابلیت باربری سیستم روسازی شده و روسازی تحت اثر بارهای وارد خراب می‌شود. اگر ضخامت کل روسازی به طور صحیح انتخاب نشده و روسازی بر روی خاک قابل تورم ساخته شود و احتمال نفوذ آب به زیرسازی وجود داشته باشد، ممکن است در اثر برودت، آب موجود در خاک بستر روسازی یخ زده و تورم شود و سبب خرابی روسازی شود.

تغییرات زیاد درجه حرارت هوا نیز ممکن است موجب خراب شدن روسازی‌ها شود. درجه‌ی حرارت‌های بالا رویه‌های آسفالتی بیش از حد نرم شده و ممکن است در اثر آمد و شد وسایل نقلیه سنگین تغیر شکل بیش از حد بدهند. از طرف دیگر در درجه حرارت‌های پایین این نوع روسازی‌ها منقبض شده و ممکن است ترک بخورند. رویه‌های بتنی نیز در اثر تغییرات درجه حرارت منقبض و یا منبسط می‌شوند که ممکن است منجر به ترک خوردن یا خرد شدن آنها شود. ضمناً‌ تغییرات روزانه درجه حرارت هوا باعث می‌شود که لایه‌ی رویه بتنی تاب برداشته و از حالت مسطح خارج شود و در اثر بارگذاری ترک بخورد.

۱-۳- عوامل مؤثر در طرح روسازی‌ها

روسازی‌ها معمولاً تحت تأثیر عوامل زیادی قرار دارند و از این نظر طراحی آنها در مقایسه یا طراحی پل‌ها و ساختمان‌ها و سایر ابنیه فنی از پیچیدگی بیشتری برخوردار است. یکی از اشکالات بسیار هم در طراحی روسازی‌ها متغیر بودن عواملی است که در طرح روسازی مؤثرند.

در مورد روسازی‌های انعطاف‌پذیر خاک بستر نقش فوق‌العاده مهمی را در طرح روسازی بازی می‌کند و از این نظر بررسی و مطالعه خاک بستر روسازی باید با دقت بیشتری انجام شود. روسازی‌های صلب که شامل روسازی‌های بتنی هستند روسازی‌هایی هستند که در آنها از یک یا چند لایه با سختی زیاد استفاده می‌شود. این نوع روسازی‌ها بارهای خارجی را بدون تغییر شکل زیاد صفحه بتنی در یک سطح نسبتاً وسیع به خاک بستر روسازی منتقل می‌کنند.

۱-۴- روسازی‌های انعطاف‌پذیر

روسازی‌های انعطاف‌پذیر را می‌توان با استفاده از تئوری چند لایه‌ای بر میستر تحلیل کرد. عمده‌ترین محدودیت تئوری فوق فرض بی‌نهایت بودن هر یک از این لایه‌ها در صفحه افقی است که تئوری فوق را برای استفاده در روسازی‌های صلبی که دارای درز می‌باشند غیر قابل استفاده می‌کند. به علاوه تئوری فوق در مورد روسازی‌های صلبی که بار در اصله ۲ یا ۳ فوتی (۶/۰ الی ۹/۰ متری) گوشه‌ی آنها اعمال می‌شود نیز نمی‌تواند به کار رود، زیرا این عدم پیوستگی باعث ایجاد تنش‌های بزرگ در لبه‌ها می‌شود.

استفاده از روسازی‌های انعطاف‌پذر سبب می‌شود تا پخش بار به صورت متمرکز و تقریباً‌ در نزدیکی نقاط تأثیر بار انجام شود. در صورتیکه فاصله چرخ از لبه روسازی بیش از ۲ فوت باشد، عدم پیوستگی لبه تأثیر بسیار کمی بر روی تنش‌ها و کرنش‌های بحرانی می‌گذارد.

روسازی‌های متعارف انعطاف‌پذیر متشکل از یک سیستم چند لایه‌ای هستند که در قسمت بالای آنها، که مقدار تنش بالاست از مصالح مرغوب‌تر استفاده شده است و در قسمت پایین آنها که مقدار تنش کاهش می‌یابد از مصالح با مرغوبیت کمتر استفاده از روسازی‌های فوق این امکان را به وجود می‌آورد تا بتوان از مصالح محلی استفاده نمود که این مسئله نیز باعث اقتصادی‌تر شدن طرح می‌شود. مورد اخیر به خصوص در مناطقی که صالح با کیفت بالا گران هستند و مصالح با کفیت پایین ارزان، مصداق دارد. شکل ۱-۳ نشان دهنده‌ی مقطع عرضی یک روسازی متعارف انعطاف‌پذیر است. مصالح به کار رفته در این نوع روسازی از بالا عبارتند از اندود آببندی، لایه‌ی زیر اساس و بستر متراکم شده. به کارگیری هر یک لایه‌ها یا قشرهای ذکر شده بستگی به ملزومات طرح و ملاحظات اقتصادی دارد.

۱-۵- خلاصه و نتیجه‌گیری

۱- روسازی‌ها به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند که عبارتند از: روسازی‌های انعطاف‌پذیر و روسازی‌های صلب. روسازی‌های انعطاف‌پذیر را می‌توان با فرض بی‌نهایت بودن لایه‌ها در امتداد افقی، با استفاده از تئوری چند لایه‌ای حل نمود. برای تحلیل روسازی‌های صلب، به دلیل سختی زیاد دال‌های بتنی و همچنین وجود درزه‌ها، بایستی از تئوری صفحه استفاده شود. در صورتی که بار بر بخش داخلی دال اثر کند می‌توان از تئوری چند لایه‌ای برای تحلیل روسازی‌های صلب استفاده کرد. نوع دیگری از روسازی‌ها، روسازی‌های مرکب می‌باشند. روسازی‌های مرکب بایستی براساس تئوری صفحه تحلیل شوند. زیرا بخش‌ باربر اصلی در اینگونه روسازی‌ها، بتن است.

۲ـ روسازی‌های انعطاف‌پذیر به روسازی‌های متعارف و روسازی‌های تمام آسفالتی و …. تقسیم می‌شوند. روساز‌ی‌های متعارف شامل یک سیستم چند لایه‌ای می‌باشند به گونه‌ای که مصالح مرغوب‌تر در قسمت‌های بالاتر به کار می‌روند. استفاده از روسازی‌های فوق در جاهایی که مصالح محلی در دسترس می‌باشد. مناسب است.

 

فصل دوم :

کاهش عمر روسازی‌های انعطاف‌پذیر

 (کاهش عمر روسازی‌های انعطاف‌پذیر در اثر تغییرات شرایط چسبندگی بین لایه‌ها با توجه به کرنش قائم روی خاک‌بستر)

از جمله دلایل کاهش عمر بهره‌برداری روسازی‌ها، طراحی بدون در نظر گرفتن واقعیت‌ها اجرایی آنهاست. مقدار بار منتقل شده بین لایه‌ها به عوامل گوناگونی مانند میزان چسبندگی بین لایه‌ها و اصطکاک داخلی بین لایه‌‌ای آنها وابسته است. چنانچه این لایه‌ها با استفاده از چسبنده‌های مناسب بین لایه‌ای و تراکم کافی محدود شوند،‌آنها یکپارچه عمل می‌کنند. در این مبحث میزان خرابی روسازی‌های گوناگون با توجه به احتمال وجود این اصطکاک تحت بارگذاری‌های مختلف، ارزیابی می‌گردد. معیار خرابی روسازی‌های انعطا‌ف‌پذیر، میزان کرنش قائم روی خاک بستر در نظر گرفته شده و با روش‌های تحلیلی این کرنش‌ها محاسبه و عمر روسازی‌ها در تحمل این کرنش‌ها مقایسه شده‌اند. با توجه به این مطالعات، میزان کاهش عمر روسازی‌هایی که دارای لایه‌های محدود و بدون اصطکاک داخلی هستند، نسب به روسازی‌های با اصطکاک داخلی تعیین گردیده است.

 -۱مقدمه

لایه‌های روساز‌های انعطاف‌پذیر معمولاً به دلیل ملاحظات اقتصادی از جنس‌های متفاوت در ضخامت‌های گوناگون ساخته می‌شود. نحوه تماس دو لایه متفاوت در روسازی‌های چند لایه‌ای «شرایط بین لایه‌ای» آنها را مشخص می‌کند. شراط بین لایه‌ای در میزان عکس‌العمل‌های تحت بارگذاری، تأثیرگذار است. خرابی‌هایی که در روسازی‌ها به شکل زودرس مشاهده می‌شوند، بیشتر به علت طراحی سازه‌ای بدون در نظر گرفتن آنچه در اجراء اتفاق می‌افتد، است. هم اکنون در روش «طرح ضخامت مکانستیک» که براساس میزان عکس‌العمل‌های سازه‌ای جسم راه فرآیند طراحی صورت می‌گیرد، دانستن شرایط بین لایه‌ای نقش مهم‌تری پیدا کرده است. استفاده از «تک کت»‌ و «پریمکت» بین دو لایه‌ی آسفالتی و یا یک لایه‌ی آسفالتی و یک لایه‌ی مصالح سنگی چسبندگی بین لایه‌ای را به وجود می‌آورد. میزان اصطکاک بین لایه‌ای علاوه بر وجود اندودهای فوق به تراکم، جنس و کیفیت مصالح لایه‌ها بستگی دارد، هر چه تراکم لایه‌های فوقانی بیشتر باشد، میزان در هم فرورفتگی اجزاء بین لایه‌ای بیشتر خواهد بود و میزان اصطکاک داخلی کاهش می‌یابد. میزان مقاومت مصالح سنگی بین لایه‌ها در برابر سایش باعث افزایش مقاومت اصطکاک لایه‌ای می‌شود.

۲- تأثیر بارهای افقی و اصطکاک بین لایه‌ای بر عمر روسازی‌ها

عدم وجود شرایط بین لایه‌ای نامحدود در بارگذاری‌های افقی، باعث وقوع تغییر شکل‌های موجی در شیب‌ها، گردشگاه‌ها و نقاط شروع به حرکت وسایل نقلیه سنگین می‌گردد. بررسی شرایط بین لایه‌ای و بارهای افقی با کمک نرم‌افزارهای المان‌های محدود (ABAQUS) انجام شده است که در این مطالعات، مدل هندسی روسازی با المان‌ها مختلف و شرایط بین لایه‌ای نیز با تعریف انواع گره‌ها به وجود آمده‌اند. در تحقیقات دیگری اندازه‌گیری اصطکاک بین لایه‌ای با تجربیات آزمایشگاهی ـ مکانیکی از جمله آزمایش برش گیوتینی (Shear Test Guilotine Type) و آزمایش برش مستقیم (Direct Test) همراه بوده است. مجموعه این مطالعات نشان می‌دهد که بارهای افقی شدیداً کرنش‌های کششی بالا و پایین رویه فوقانی و بالای لایه آستر را افزایش می‌دهد و باعث خرابی زودرس روسازی می‌گردد. اثرات جمع شونده شرایط بین لایه‌ای نامناسب و نیروهای افقی روی سطح روسازی بسیار بزرگ است، به طوری که باعث کاهش عمر روسازی تا ۳۰۰ برابر برای روسازی نیمه صلب و تا ۱۵ برابر برای روسازی‌های انعطاف‌پذیر می‌شود.

جدول (۱) مقایسه‌ای بین حالات مختلف شرایط بین لایه‌ای با توجه به دو ملاک اندازه‌گیری کیفیت روسازی، شامل عمر خستگی و عمر سرویس‌دهی انجام داده است. سیستم مدیریت روسازی با توجه به اینکه خرابی روسازی به تدریج اتفاق می‌افتد، بایست قادر به دانستن شرایط اجرای صحیح و کنترل شرایط اجرایی در پخش، لایه‌ریزی و تراکم روسازی‌ها به عنوان عوامل مؤثر در شرایط بین لایه‌ای در تخمین عمر روسازی و مدیریت آن باشد. در مطالعات حاضر نقش بارگذاری قائم، که به روسازی‌های موجود کشور در شرایط بین لایه‌ای مختلف وارد می‌گردد، مورد نظر می‌باشد.

۳- تحلیل نظری تأثیر شرایط بین لایه‌ای

دو لایه گوناگون که روی یکدیگر قرار دارند، یک مدل ساده از روسازی لایه‌ای است، وقتی این دو لایه تحت اثر بارگذاری قائم قرار می‌گیرند، تغییر شکل‌هایی در آنها به وجود می‌آید، که باعث می‌شود بین لایه‌ها تغیر شکل، انواع کرنش‌ها و تنش‌ها اتفاق بیافتد. روابط (۱) و (۲) و (۳) مربوط به تبدیل تنش‌ها و کرنش‌ها به یکدیگر است. ]۴[

که در آن:

= تنش و کرنش فشار قائم

= تنش و کرنش فشاری شعاعی

= تنش و کرنش‌های فشاری مماسی

جهت‌های این کرنش‌ها در شکل (۱) مشاهده می‌شود. وقتی امکان حرکت دو لایه روی یکدیگر فراهم باشد، در فاصله‌ی بین دو لایه، کرنش‌های شعاعی و مماسی برابر صفر هستند و طبق روابط بالا کرنش قائم از رابطه‌ی (۴) به دست می‌آید.

(۴)

وقتی امکان حرکت دو لایه روی یکدیگر وجود نداشته باشد، تنش‌های شعاعی  و مماسی  مخالف صفر هستند و مقدار  کاهش می‌یابد.

(۵)

با توجه به دو رابطه‌ی فوق  کرنش قائم در حالت دوم کمتر از  کرنش قائم در حالت اول است؛ یعنی:

جدول ۱: مقایسه بین عمر روسازی با توجه به حالات مختلف شراط بین لایه‌ای تحت بارگذاری افقی

با توجه به مطالب فوق مشاهده می‌شود، روابط نظری بر این موضوع تاکید دارند که هر چه چسبندگی بین لایه‌ای بیشتر باشد، میزان تنش‌ها و کرنش‌ها قائم کاهش می‌یابند و اگر لایه‌ها روی یکدیگر بلغزند، این کرنش‌ها افزایش می‌یابد.

۴- انتخاب مدل و روش تحلیل

در بررسی تأثیر شرایط بین لایه‌ای روی عملکرد روسازی، مدل‌هایی مورد استفاده قرار می‌گیرند که روسازی‌های مختلفی را دربرداشته باشند، تا تأثیر عدم اجرایی صحیح شرایط بین لایه‌ای بر روی عملکرد روسازی به صورت مقایسه‌ای محاسبه گرد. همچنین شرایط بارگذاری به گونه‌ای انتخاب می‌شود که حداکثر بارهای سنگین مجاز که باعث بیشترین خرابی در مسیرهاست را در نظر داشته باشد. همچنین عمر روسازی بر پایه‌ی تعداد محورهای استاندارد عبوری در طول عمر مفید روسازی با کمک روابط نظری محاسبه می‌گردد.

۴-۱- مدل هندسی روسازی

روسازی در سه حالت مختلف مدل‌سازی می‌شود، به این صورت که جسم راه قوی یا ضعیف با عدد ضخامت (SN) به ترتیب ۴ یا ۶ بر روی بستر ضعیف یا قوی با مقاومت (CBR) 5/3 یا ۳۵ گرفته است. مدل‌های روسازی به همراه مشخصات مصالح مورد استفاده در شکل (۲) نمایش داده شده است.

الف) بستر ضعیف (۵/۳= CBR) روسازی ضعیف (۴=SN)

ب) بستر قوی (۳۵=CBR) روسازی ضعیف (۴=SN)

ج) بستر قوی (۳۵=CBR) روسازی قوی(SN=6)

نرم‌افزاری که برای تحلیل تنش‌ها و کرنش‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، نرم‌افزار KENLAYER است، شرایط بین لایه ای در این نرم‌افزار که خاص روسازی‌های انعطاف‌پذیر است، در دو حالت محدود یا نامحدود در نظر گرفته می‌شود ]۱[. برای تحلیل تنش‌ها و کرنش‌ها در اثر بارگذاری شرایط بین لایه‌ای به دو صورت محدود شده، بدون اصطکاک داخلی (۱) یا نامحدود با اصطکاک داخلی (۰) تعریف می‌شوند و حالات گوناگونی که ممکن است در اجراء اتفاق بیفتد، در تحلیل‌ها به کار می‌رود، جدول (۲) این حالت‌های مختلف را ارائه می‌دهد.

۴-۲- بارگذاری

100,000 ریال – خرید نهایی کردن خرید مورد به سبد خرید اضافه شد

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .