سازوکار شکست حاکم در راستای طول آرماتور دیوارهای حائل خاک مسلح با ژئوگرید
23,800 تومانشناسه فایل: 7257
چکیده
راه و روش طراحی کنونی دیوارهای حائل خاک مسلح مبتنی بر رویکرد تعادل حدی می باشد. دیوارها برای شاخص های پایداری داخلی و خارجی طراحی می شوند. طول آرماتور طراحی باید به گونه ای باشد که حداقل ضریب اطمینان برای تمام حالات شکست برآورده شود. در بیشتر آژانس ها حداقل طول آرماتور باید 70 درصد ارتفاع دیوار باشد. با این وجود، همیشه امکان داشتن فضای کافی در پشت یک دیوار جهت جاسازی کردن این طول آرماتور مورد نیاز وجود ندارد؛ علت آن میتواند وجود صخره های طبیعی، سیستم شمع زنی ساخت بشر یا حضور دیوار حائل خاک مسلح دیگر است. این مطالعه به منظور بررسی امکان کوتاه کردن طولهای آرماتور کمینه انجام شد. اثر پارامترهای مختلف در طراحی دیوارهای حائل خاک مسلح بر طول آرماتور حداقل مورد نیاز و حالت شکست حاکم مورد مطالعه قرار گرفت. پارامترهای در نظر گرفتهشده شامل ارتفاع دیوار، اضافه بار، فاصله ی عمودی آرماتور، خواص خاک مسلح، خواص خاک سطحی/انباشته، و خواص خاک پایه بود. نتایج نشان دادند که حالات شکست داخلی و خارجی میتوانند براساس پارامترهای یک دیوار خاص بر شاخصهای تعیین حداقل طول آرماتور مورد نیاز حاکم شوند. اضافه بر این، استفاده از طول های آرماتور به کوچکی 50 درصد ارتفاع دیوار، به جای 70 درصدی که توسط آژانس های مختلف در جهان مورد نیاز است، امکان پذیر می باشد. این مقاله، نتایج مطالعات پارامتری انجام شده، شامل اثر پارامترهای مختلف بر حداقل طول آرماتور مورد نیاز و شاخص شکست حاکم را شرح می دهد.
مقدمه مقاله
استفاده از دیوارهای حائل خاک مسلح از دههی 1970 افزایش چشمگیری داشته است. این دیوارها به دلیل ساخت سریع، مقرونبهصرفه بودن و زیبایی به رایجترین نوع دیوار، مخصوصا برای پروژههای حملونقل، تبدیل شدهاند. علاوه بر این، قابلیت اطمینان ، پایداری ثابت، تکنولوژیهای ساخت ساده، عملکرد لرزهای خوب و قابلیت تحمل تغییرشکلهای بزرگ بدون مشکل ساختاری به تسهیل پذیرش دیوارهای حائل خاک مسلح کمک میکند. دیوارهای حائل خاک مسلح قدیمی از نوارهای فلزی برای تقویت خاک و از پنلهای بتنی پیشساخته به عنوان واحدهای نما برای نگه داشتن خاک در جلوی دیوار استفاده میکردند. تقویتهای شبکهی سیمی جوششده در اواسط دهه 1970، تقویتهای ژئوسنتتیک در دههی 1980 و واحدهای دیوار حائل سگمنتال در دههی 1990 معرفی شدند و در افزایش استفاده از دیوارهای حائل خاک مسلح، سهم قابلتوجهی داشتند.
برای طراحی دیوارهای حائل خاک مسلح، معمولا حداقل طول آرماتور (Lmin) در دستورالعملها برابر 0.7H توصیه میشود (H طول دیوار است). اگرچه اکثر آژانسهای سراسر جهان نیازمند حداقل طول آرماتور 0.7H هستند، برخی آژانسها شاخصهای متفاوتی اتخاذ کردند. برای مثال، دستورالعملهای هنگکنگ خواستار طولهای آرماتور به کوچکی 0.5H هستند درحالیکه دستورالعملهای برزیلی حداقل 0.8H را توصیه میکنند. دستورالعملهای 2001 اداره فدرال بزرگراه (FHWA) حداقل نسبت طول آرماتور به ارتفاع دیوار را 7/0 توصیه میکند و تشخیص میدهد که طول آرماتور بیشتر برای سازههایی که تحت بارهای اضافی هستند و طول آرماتور کمتر برای شرایط خاص مورد نیاز است. دستورالعملهای 2002 انجمن ادارات حملونقل و بزرگراههای ایالتی امریکا (AASHTO) توصیه میکند که طول آرماتور حداقل باید 70 درصد ارتفاع دیوار بوده و کمتر از 4/2 متر نباشد. دستورالعمل طراحی 2002 انجمن ملی بتن آماده (NCMA) حداقل طول آرماتور را 0.6H در نظر میگیرد که قیدی حیاتی برای جلوگیری از ساخت دیوار در فضاهای محدود است. استاندارد انگلیسی BS8006 (1995) نیازمند آن است که حداقل طول آرماتور برای دیوارها با عملکرد حائلی نرمال باید حداکثر 0.7H و 3 متر باشد. انتشارات دیگری نیز وجود دارد که حداقل طول آرماتور را بیشتر از 0.7H توصیه میکند؛ مانند Liu و Evett که بری پایداری کلی 0.8H را تعیین میکنند.
دیوارهای حائل خاک مسلح با منطقهی تقویت محدود توسط Leshchinsky و همکارانش مطالعه شد؛ آنان چارتهای طراحیای را توسعه دادند که برای تمام موارد قابل کاربرد نیستند. آنها پیشنهاد کردند که تقویت باید در انتهای پشتی خود محکم شود تا مقاومت کششی آن بهبود یابد. Lwson و Yee نیز پیشنهاد کردند که برای کسب پایداری داخلی، تنشهای کششی در تقویتها در پشت منطقهی مسلح مقید باید پراکنده شود؛ این کار با گسترش طول تقویتها در منطقه ی پر مسلح یا با متصل کردن تقویتها به لنگرهای ظرفیت پایین یا ناخنهای ثابت شده در یک منطقهی صلب انجام میشود. Ling و Leshchinsky و همچنین Ling و همکارانش گزارش کردند که طول آرماتور، جابجاییهای جانبی دیوار را تحت تاثیر قرار میدهند و تغییر شکل ها با کاهش طول آرماتور افزایش مییابد. مطالعهی Chew و همکارانش نشان داد که کاهش طول آرماتور از 0.7H به 0.5H سبب افزایش 50 درصدی تغییرشکلهای دیوار میشود. با این وجود، موردی که توسط Ling و Leshchinsky با طول تقویت 0.5H تحلیل شد عملکرد رضایت بخش با توجه به جابجایی بیشینه و بار کششی وارد بر لایههای تقویت نشان داد. چندین مطالعهی دیگر نشان دادند که برای یک استحکام آرماتور مشخص، طول آرماتور معینی وجود دارد که برای حفظ پایداری ساختار مسلح مورد نیاز است و طولهای کوتاهتر نیازمند مقاومت کششی بالاتر تقویت است.
چندین حالت شکست ممکن وجود دارد که در طراحی دیوارهای حائل خاک مسلح برای برآوردن پایداری داخلی و خارجی در نظر گرفته میشود. Whitlow نشان داد که طول آرماتور توسط شرایط پایداری خارجی اداره می شود و فاصلهی عمودی تقویتها تحت ادارهی شرایط پایداری داخلی است. دستورالعمل NCMA اشاره کرده است که نتایج تحلیلهای پایداری خارجی برای مکانیزمهای شکست لغزش[sliding] و ظرفیت باربری [bearing capacity] جهت تعیین حداقل طول آرماتور استفاده میشود. دستورالعملهای FHWA امکان پایداری داخلی که کنترل کننده ی طول آرماتور در برخی موارد است را بیان میکند. مشاهده میشود که هیچ توافقی در میان نوشته های منتشرشده در رابطه با معیار شکست حاکم، که حداقل طول آرماتور مورد نیاز را تعیین میکند، وجود ندارد.
هدف این مطالعه، مشخص کردن معیار شکست حاکم برای حداقل طول آرماتور ژئوگرید مورد نیاز در دیوارهای حائل خاک مسلح و همچنین بررسی امکان استفاده از طولهای آرماتور کمتر از 0.7H تحت شرایط متغیر است. متغیرهای در نظر گرفته شده در این مطالعه شامل ارتفاع دیوار، اضافه بار، فاصلهی عمودی تقویت، خواص خاک مسلح، خواص خاک سطحی/انباشته و خواص خاک پایه بود. شیوهی طراحی رایج کنونی دیوارهای حائل خاک مسلح، که براساس رویکرد گرانش منسجم و فشار جانبی خاک است، برای تحلیلها مورد استفاده قرار گرفت.
ABSTRACT Failure mechanisms governing reinforcement length of geogrid reinforced soil retaining walls
Current design practice of reinforced soil retaining walls is based on the limit equilibrium approach. The walls are designed for both external and internal stability criteria. Design reinforcement length should be such that minimum required safety factors are fulfilled for all failure modes. Most agencies require minimum reinforcement length equal to 70 percent of wall height. However, it is not always possible to have enough space behind a wall to accommodate these required reinforcement lengths due to an existing natural rock formation, man-made shoring system, or the presence of another reinforced soil retaining wall. This study was performed to investigate governing failure mode in determining the required minimum reinforcement length and also to investigate the possibility of shortening the specified minimum reinforcement lengths. Effect of different parameters involved in the design of reinforced soil retaining walls on the required minimum reinforcement length and the governing failure mode were studied. Parameters considered included wall height, surcharge, reinforcement vertical spacing, reinforced soil properties, backfill/retained soil properties, and foundation soil properties. Results indicated that both external and internal failure modes can be governing criteria in determining the required minimum reinforcement length depending on the parameters involved for a specific wall. In addition, it may be possible to use reinforcement lengths as low as almost 50 percent of the wall height, instead of 70 percent as required by many agencies around the world. This paper presents the results of parametric studies conducted, including the effect of different parameters on the required minimum reinforcement length and the governing failure criteria.
Introduction
The use of reinforced soil retaining walls has increased tremendously since the 1970’s. They became the most common wall type preferred, especially for transportation projects, because of their rapid construction, cost-effectiveness, and aesthetics. In addition, their reliability, proven durability, simple construction techniques, good seismic performance, and ability to tolerate large deformations without structural distress also help in facilitating the acceptance of reinforced soil retaining walls [1]. The early reinforced soil retaining walls used metallic strips to reinforce soil and precast concrete panels as facing units to retain the soil at the face of the wall. Welded wire grid reinforcements in the mid-1970’s, geosynthetic reinforcements in the 1980’s, and segmental retaining wall units in the 1990’s were introduced and contributed to the increased use of reinforced soil retaining walls considerably [2].
For the design of reinforced soil retaining walls a minimum reinforcement length, Lmin, of 0:7H, where H is the wall height, is usually specified or recommended by specifications and guidelines. Although most agencies worldwide require the minimum reinforcement length as 0:7H, some agencies adopted different criteria. For example, Hong Kong guidelines ask for reinforcement lengths as low as 0:5H while Brazilian guidelines ask for a minimum of 0:8H [1]. The Federal Highway Administration (FHWA) 2001 guidelines recommends the minimum reinforcement length-to-wall height ratio as 0.7 and recognize that longer reinforcement lengths are required for structures subject to surcharge loads while shorter lengths can be used in special conditions [3]. The American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) 2002 specifications require a minimum reinforcement length of approximately 70 percent of the wall height and not less than 2.4 m [4]. National Concrete Masonry Association (NCMA) 2002 design manual requires minimum reinforcement length as 0:6H, which is an empirical constraint to prevent wall construction in limited spaces [5]. British Standard BS8006 (1995) requires that minimum reinforcement length for walls with normal retaining function should be maximum of 0:7H and 3 m [6]. There are also other publications recommending minimum reinforcement lengths longer than 0:7H, e.g. Liu and Evett [7] specifies 0:8H for overall stability.
Reinforced soil retaining walls with limited reinforcement zone was studied by Leshchinsky et al. [8] and they developed design charts acknowledging that the charts are not applicable for all cases. They suggested that the reinforcement must be anchored at its rear end to develop its tensile resistance. Lawson and Yee [9] also suggested that to achieve internal stability, tensile stresses in the reinforcements at the rear of the constrained reinforced zone have to be dissipated either by extending the length of the reinforcements within the reinforced fill zone or by connecting the reinforcements to low capacity anchors or nails fixed into a rigid zone beyond. Ling and Leshchinsky [10] and Ling et al. [11] reported that reinforcement length affects wall lateral displacements and the deformations increase as reinforcement length decreases. A study performed by Chew et al. [12] showed that shortening reinforcement length from 0:7H to 0:5H caused approximately a 50 percent increase in wall deformations. However, a case analyzed by Ling and Leshchinsky [10] with reinforcement length equal to 0:5H gave satisfactory performance considering the maximum displacement and tensile load mobilized in the reinforcement layers. Several other studies showed that for a given reinforcement strength, there is a certain reinforcement length needed to maintain the stability of reinforced structure, and shorter lengths require higher tensile resistance of reinforcement [2,13].
There are several possible failure modes considered in the design of reinforced soil retaining walls to satisfy both external and internal stability. Whitlow [14] indicated that the reinforcement length is governed by the external stability conditions and the vertical spacing of reinforcements is governed by the internal stability conditions. NCMA [5] manual points out that the results of external stability analyses for sliding and bearing capacity failure mechanisms are used to determine minimum reinforcement length. FHWA [3] guidelines state the possibility of internal stability controlling the length of reinforcement in some cases. It appears that there is no consensus among the published literature regarding the governing failure criteria determining the minimum required reinforcement length.
The objective of this study is to characterize the governing failure criteria for the required minimum geogrid reinforcement length of reinforced soil retaining walls and to investigate the possibility of using reinforcement lengths shorter than 0:7H under varying conditions. Variables considered in the study were the wall height, surcharge, reinforcement vertical spacing, reinforced soil properties, retained/backfill soil properties, and foundation soil properties. The current common design practice of reinforced soil retaining walls, which is based on coherent gravity and lateral earth pressure approach, was used for the analyses.
- مقاله درمورد سازوکار شکست حاکم در راستای طول آرماتور دیوارهای حائل خاک مسلح با ژئوگرید
- پروژه دانشجویی سازوکار شکست حاکم در راستای طول آرماتور دیوارهای حائل خاک مسلح با ژئوگرید
- سازو کار شکست در راستای طول دیوارهای حائل خاک با ژئوگرید
- پایان نامه در مورد سازوکار شکست حاکم در راستای طول آرماتور دیوارهای حائل خاک مسلح با ژئوگرید
- تحقیق درباره سازوکار شکست حاکم در راستای طول آرماتور دیوارهای حائل خاک مسلح با ژئوگرید
- مقاله دانشجویی سازوکار شکست حاکم در راستای طول آرماتور دیوارهای حائل خاک مسلح با ژئوگرید
- سازوکار شکست حاکم در راستای طول آرماتور دیوارهای حائل خاک مسلح با ژئوگرید در قالب پايان‌نامه
- پروپوزال در مورد سازوکار شکست حاکم در راستای طول آرماتور دیوارهای حائل خاک مسلح با ژئوگرید
- گزارش سمینار در مورد سازوکار شکست حاکم در راستای طول آرماتور دیوارهای حائل خاک مسلح با ژئوگرید
- گزارش کارورزی درباره سازوکار شکست حاکم در راستای طول آرماتور دیوارهای حائل خاک مسلح با ژئوگرید