پایان نامه تحلیل روسازی انعطاف پذیر

پایان نامه تحلیل روسازی انعطاف پذیر

چكیده

روسازی راه به دلیل قدمت دیرینه‌ای كه در جهان و نیز در ایران دارد. همواره از دیرباز مورد توجه مهندسین بوده است. به تدریج و با شكل‌گیری قالب استاندارد برای روسازی‌های انعطاف‌پذیر و صلب، لزوم تهیه برنامه‌های كامپوتری و تحلیل عددی روسازی‌ها جهت صرف زمان كمتر و بررسی دقیق‌تر كاملاً اجتناب‌ناپذیر می‌نمود. در این پروژه سعی بر آن بوده است كه روسازی انعطاف‌پذیر آسفالتی تحت اثر بارگذاری قائم در بالای رویه مورد بررسی قرار گرفته و توسط تئوری الاستیسیته و فرض ساده كننده روشش برمیستر جهت مدل لایه‌ای، تئوری ریاضی مربوط بسط داده شده و پایه‌های یك برنامه كامپیوتری براساس آن شكل گرفته است.

نرم‌افزارهایی كه با بهره جستن از تئوری لایه‌ای اقدام به تحلیل رفتار خاك و محاسبه تنش‌ها و تغییر مكان‌ها می‌نمایند. همگی ملزم به رعایت فرضیات و قوانین خاص تئوری لایه‌ای هستند. این شرایط بعضاً محدود كننده ممكن است باعث تقریب‌های كوچك و یا بزرگی در جواب‌های نهایی سیستم گردد.

روسازی‌های انعطاف‌پذیر را می‌توان با استفاده از تئوری چند لایه‌ای برمیستر تحلیل كرد. عمده‌ترین فرض تئوری فوق بی‌نهایت بودن هر یك از لایه‌ها در صفحه افقی است در این روش برای محاسبه پاسخ با توجه به فرض مهم تقارن محوری، یك تابع تنش فرض می‌شود كه باید معادلات دیفرانسیل سازگاری و همچنین شرایط پیوستگی و مرزی را ارضاء كند. سپس از محاسبه این تابع تنش، می‌توان تنش‌ها و جابه‌جایی‌ها را به دست آورد.

یافتن راه حل ریاضی مناب برای تحلیل روسازی، آشنایی كامل با مفاهیم و فرضیات این روش، انتخاب مناسب پارامترها و متغیرهای مسئله، تدوین پایه‌های نرم‌افزار كامپیوتری جهت ورود اطلاعات این روش ریاضی به كامپیوتر و ساختن یك محیط User friendly برای كنترل ورودی‌های برنامه و ایجاد امكان هر گونه توسعه آتی در پیكره نرم‌افزار اهم از مواردی است كه در این پروژه بدان توجه شده است.

فهرست عناوین

عنوان                                                               صفحه

فصل اول ـ مروری بر انواع روسازی........................................................ 16........

1-1- مقدمه.................................................................................................... 17

1-2- تأثیر بارگذار و عوامل جوی بر سیستم روسازی........................................... 17

1-3- عوامل مؤثر در طرح روسازی‌ها................................................................ 20

1-4- روسازی‌های انعطاف‌پذیر........................................................................ 21

1-5- خلاصه و نتیجه‌گیری.............................................................................. 22

فصل دوم : كاهش عمر روسازی های انعطاف پذیر در اثر تغییرات شرایط چسبندگی بین لایه ها با توجه به كرنش قائم روی خاك بستر .................................................................................. 23

1- مقدمه ................................................................................................. 24

2- تاثیر بارهای افقی و اصطكاك بین لایه ای به عمر روسازی ها.................... 25

3- تحلیل نظریه تاثیر شرایط بین لایه ای ...................................................... 26

4- انتخاب مدل و روش تحلیل.................................................................... 29

4-1 -  مدل هندسی روسازی...................................................................... 29

4-2 – بارگذاری....................................................................................... 31

4-3 - مدل تعیین عمر روسازی ها .............................................................. 33

5- تحلیل تاثیر شرایط بین لایه ای مختلف بر روی عملكرد روسازی ............... 33

5-1- تاثیر اجراء ضعیف اندود تك كت ( حالت اجرایی).............................. 34

عنوان                                                               صفحه

5-2- تاثیر كاهش اجراء ضعیف اندود پریمكت ( حالت 3 اجرایی)................. 35

5-3- تاثیر اجرای نامناسب اندودهای بین لایه ای ( حالت 4 اجرایی)................ 37

6- خلاصه و نتیجه گیری........................................................................... 39

فصل سوم: روش‌های تحلیل روسازی‌های انعطاف‌پذیر............................ 41

3-1- مقدمه.................................................................................................... 42

3-2- حل سیستم‌های لایه‌ای با استفاده از تئوری چند لایه‌ای................................. 42

3-1-1- معادلات پایه...................................................................................... 44

3-2-2- شرایط مرزی و پیوستگی..................................................................... 47

3-3- حل سیستم‌های لایه‌ای با استفاده از روش اجزاء محدود............................... 50

3-4- مقایسه روش چند لایه‌ای با روش اجزاء محدود........................................... 55

3-5- خلاصه و نتیجه‌گیری.............................................................................. 58

فصل چهارم: بررسی نر‌م‌افزار Kenlayer جهت تحلیل روساز‌ی‌های انعطاف‌پذیر

4-1- تئوری نرم‌افزار....................................................................................... 61

4-1-1- سیستم چند لایه‌ی الاستیك:................................................................ 61

4-1-2- Super Position و تعیین پاسخ‌ها.................................................... 62

4-1-2-1- تجزیه تنش‌ها به مولفه‌ها x و Y....................................................... 64

4-1-2-2- محاسبه تنش‌های اصلی .................................................................. 65

4-1-2-3- محاسبه كرنش بحرانی.................................................................... 65

4-1-3- آنالیز خرابی (Damage Anaysis)................................................. 66

عنوان                                                               صفحه

4-1-3-1- معیار بحرانی شكست ترك كششی................................................... 66

4-1-3-2- معیار بحرانی شكست تغییر شكل حداكثر........................................... 67

4-1-3-3- محورهای چندگانه......................................................................... 68

4-1-4- لایه‌های غیرخطی............................................................................... 70

4-1-4-1- مصالح دانه‌ای................................................................................. 70

4-1-4-1- تقسیم لایه به تعدادی زیر لایه........................................................... 72

4-1-4-1-2- انتخاب نقطه مناسب جهت طراحی................................................ 72

4-1-4-2- مصالح ریزدانه................................................................................ 74

4-1-4-3- نقطه تنش برای لایه غیرخطی........................................................... 77

4-2- نكات فنی راجع به Kenlayer............................................................... 79

4-2-1- اطلاعات عمومی نرم‌افزار..................................................................... 79

4-2-1-1- مصالح.......................................................................................... 79

4-2-1-2- آنالیز خرابی.................................................................................. 81

4-2-1-3- تعداد بازه‌های زمانی در هر سال....................................................... 81

4-2-1-4- بارها............................................................................................. 81

4-3- خلاصه و نتیجه‌گیری.............................................................................. 82

فصل پنجم ـ بررسی نرم‌افزار (TUPAS) جهت تحلیل روسازی‌های انعطاف‌پذیر

مقدمه............................................................................................................. 85

5-1- تئوری نرم‌افزار....................................................................................... 86

عنوان                                                               صفحه

5-1-1- سیستم لایه‌ای..................................................................................... 87

5-1-2- برهم نهی بارها و تعیین پاسخ‌ها............................................................ 87

5-2- نكات فنی.............................................................................................. 89

5-3- خلاصه و نتیجه‌گیری.............................................................................. 91

فصل ششم ـ مقایسه‌ی عملكرد و نتایج حاصل از نرم‌افزارهای TUPAS و KENLAYER        

6-1- مقدمه.................................................................................................... 94

6-2- شرح چند مثال....................................................................................... 94

6-2-1- شرح مسئله با چرخ منفرد..................................................................... 94

6-2-2- شرح مسئله با چرخ چندگانه................................................................. 94

6-3- حل چند مثال......................................................................................... 95

6-3-1- حل مسئله 3 لایه‌ای تحت بارگذاری تك چرخ....................................... 95

6-3-2- حل مسئله 3 لایه‌ای تحت بارگذاری ناشی از یك محور سه گانه............... 96

6-3-3- حل مسئله 3 لایه غیرخطی ناشی از بارگذاری تك چرخ.......................... 98

6-4- آنالیز حساسیت.................................................................................... 100

6-4-1- آنالیز خطی..................................................................................... 101

6-4-1-1- سیستم سه لایه‌ای......................................................................... 101

6-4-1-2- تاثیر ضخامت لایه........................................................................ 103

6-4-1-3- تاثیر مدول لایه‌ها......................................................................... 104

6-4-2- آنالیز غیرخطی................................................................................ 106

عنوان                                                               صفحه

فصل هفتم ـ جمع‌بندی و نتیجه‌گیری................................................................ 108

7-1- خلاصه............................................................................................... 109

7-2- نتیجه‌گیری.......................................................................................... 111

7-3- پیشنهادات........................................................................................... 111

منابع و مراجع............................................................................................... 113