محاسبه و تحليل عددی نيروهای ناشی از امواج (Waves) بر روی بدنه سدهای RCC

دكتر ابوالفضل شمسائي استاد دانشكده مهندسی عمران دانشگاه صنعتی شريف

مهندس محمد رضايی وليسه كارشناس ارشد مهندسی عمران – مهندسی آب

مقدمه

محاسبه و تحليل سدهای RCC تحت تاثير نيروهای امواج مقوله مهمی است كه در مقاومت و دوام سد از اهميت ويژه ای برخوردار می باشد . ارتفاع سدهايی كه به روش RCC ساخته شده اند روز به روز در حال افزايش بوده , بنابراين تحليل نيروهای امواج بر آنها لازم و ضروری به نظر می رسد .

اهداف

هدف از تحليل اين گونه سدها يافتن بيشترين تنش به وجود آمده در سد متاثر از نيروي امواج تحت اثر طوفاني با شدت 120 كيلومتر بر ساعت و نيز حداكثر مقدار جابجايي و به دست آوردن ضريب اطمينان سازه سد در مقابل نيروي امواج مي باشد . با توجه به آناليز مودال سازه سد RCC و مقايسه فركانس طبيعي سازه سد با فركانس امواج به وجود آمده , پديده تشديد يا رزنانس در مورد اين گونه سدها قابل كنترل مي باشد .

روش تحقيق

محاسبه و تحليل نيروهاي ناشي از امواج توسط روش هاي عددي به كمك نرم افزار ANSYS 6.1 انجام شده است . به عنوان مطالعه موردي , سد RCC جگين در محيط نرم افزار ANSYS 6.1 تهيه شده   و آناليز مودال در مورد اين سد سه بعدي انجام گرديده است . مراحل مختلف تحليل شامل مدلسازي , تعيين نوع المان , مشخصات مواد , تعيين ثوابت حقيقي , مش بندي , تعيين شرايط مرزي اوليه , تحليل مشاهده نتايج و تفسير خروجي و ذخيره اطلاعات بوده است .

تحليل شامل دو قسمت سازه اي و سيالاتي مي باشد . در تحليل سازه اي اثر امواج بر روي مدل سد مشخص گرديد.   نتيجه اين تحليل به صورت محاسبه ميزان جابجائي , تنش ها  و كرنش ها مي باشد. در تحليل سيالاتي نيز به پارامتر هاي مختلف سيال ( امواج ) از جمله فشار , سرعت , ميزان جابجائي سيال و . . . پرداخته شده است .

خلاصه نتايج و بحث

تغيير مكان كلي سازه سد واقع در روي تاج سد برابر با 01/0 متر و تنش (von mises) در قسمت مياني پائين سد برابر با (pa 703536 )محاسبه شده و  بيشترين تنش فشاري در نقطه فوق بوده و  برابر با    (Pa782655 )مي باشد . با توجه به اين موضوع و تنش حد الاستيك بتن 20Mpa) RCC ), ضريب اطمينان سازه سد در برابر نيروي امواج برابر 25 منظور گرديده است .

فركانس برخورد امواج به وجود آمده بين 032/0 الي 11764 /0 مي باشد كه از فركانس مود اول كه برابر 4347/2 است , كمتر است . با توجه به اطلاعات فوق مي توان گفت كه در مورد سد RCC جگين  پديده تشديد يا رزنسانس رخ نمي دهد .

نتايج

 ميزان تنش و جابجايي بدست آمده از تحليل عددي سد RCC جگين نشان مي دهد كه اين ارقام  در حد قابل قبول مي باشند . فركانس برخورد امواج يا كلاً نيروهايي كه ماهيت تناوبي دارند مثل باد و زلزله بايد با فركانس طبيعي سازه سد مقايسه گردند . در مورد سد RCC جگين مي توان گفت كه در صورت برابر شدن فركانس برخورد امواج با فركانس طبيعي سد بيشترين آسيب ابتدا به محل سرريز و سپس به تاج سد وارد مي گردد .

چنانچه  سرعت باد  زيادتر از (33.5 m/s) شود . امواج بلندتري  توليد مي گردد . در اين حالت   مي توان سطح نرمال آب را در ارتفاع مناسبي كه داراي بالاترين ضريب اطمينان باشد , نگهداري كرد .

منابع و ماخذ

1. حميد رضا جاهد مطلق و محمد رضا نوبان و محمد امين اشراقي , اجزاء محدود (ANSYS 6.1) , انتشارات دانشگاه تهران , تابستان 1382 .

2. مجموعه مقالات كنفرانس كارگاه آموزشي سدهاي بتن غلتكي , كميته ملي سدهاي بزرگ ايران ,  اسفند 1381

3  .T.L Gvelesiani and A.Huber and C.H.Koutitas and G.T. Matcharadze " Extreme wave transients in reservoirs , their characterisitics and interaction with dams "  London 2004 .