بررسی رفتار شمع توسط مدل سازی فیزیکی

عملکرد لرزه ای پی های عمیق سال ها است که توجه بسیاری از محققین را به خود مشغول ساخته است. کاربرد روز افزون شمع ها در سازه هایی نظیر سکو های نفتی، توربین های بادی دریایی و دکل های مخابراتی، افزایش اهمیت چگونگی رفتار شمع ها را در پی دارد. پایداری این سازه ها به وسیله نصب شمع های عمیق تامین می شود که غالباً به صورت گروهی استفاده می شوند. جهت مدل سازی گروه شمع، تعیین اندرکنش شمع-خاک-شمع به دلیل نزدیک بودن فاصله شمع ها در گروه حایز اهمیت است. چگونگی عملکرد آن ها تحت بارهای جانبی دینامیکی و استاتیکی ناشی از بار باد، موج دریا و نیروهای زلزله و تخمین اثرات اندرکنش شمع-خاک-شمع بر عملکرد آن ها یکی از موارد پیچیده در مسائل مدل سازی شمع ها می باشد. در این پژوهش سعی شده است تا با استفاده از یک مدل فیزیکی با مقیاس بزرگ (15/1) از شمع های بکار رفته در یکی از سکوهای نفتی در خلیج فارس رفتار دینامیکی این شمع ها به صورت تکی و گروهی تحت بارهای جانبی دینامیکی مورد بررسی قرار گرفته و اثرات اندرکنش شمع-خاک-شمع بر رفتار گروه شمع ارزیابی گردد. جهت نیل به این مقصود ابتدا وضعیت ژئوتکنیکی ساختگاهی در خلیج فارس مورد بررسی قرار گرفت و سپس با استفاده از قوانین مقیاس و تحلیل ابعادی مشخصات مصالح شمع ها و خاک مورد نیاز در مدل سازی تعیین شده و تهیه گردید. جهت مدل سازی از یک محفظه با مرزهای مناسب با ابعاد 6×6×6 متر و شمع های آلومینیومی با طول 3 متر و قطر خارجی 6 سانتی متر، استفاده گردید. پس از اعمال بار دینامیکی جانبی مشخص در آزمایش های مختلف با توجه به اهداف هر آزمایش و ثبت داده ها در تمامی مراحل بارگذاری و آزمایش، مقادیر تنش های خمشی در طول شمع ها و مقدار شتاب سر شمع ها در هر آزمایش تعیین و مقادیر بدست آمده با یکدیگر مقایسه شدند. بدین ترتیب روند تغییرات تنش های خمشی در طول بارگذاری و همچنین مقدار نسبت تنش خمشی انتقال یافته از شمع بارگذاری شده به شمع های مجاور مورد بررسی قرار گرفت. با ارزیابی نتایج بدست آمده از مدل بزرگ مقیاس این نکات استنتاج گردید که با افزایش سیکل های بارگذاری عمق گیرداری در شمع افزایش یافته و مقدار لنگر خمشی ماکزیمم افزایش می یابد. همچنین مقدار تنش های خمشی ایجاد شده در طول شمع به دلیل حضور شمع های مجاور از 10% تا 70% با کاهش فاصله شمع های مجاور و افزایش سیکل های مختلف بارگذاری، کاهش می-یابد. همچنین با افزایش سیکل های بارگذاری مقدار ضریب تنشی اندرکنش افزایش یافته و با افزایش فاصله بین شمع های مجاور و مرجع مقدار ضریب تنشی اندرکنش کاهش پیدا می کند. همچنین با استفاده از آزمایش های کوچک مقیاس صورت گرفته مقادیر اندرکنش جانبی استاتیکی در فواصل مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. جهت نیل به این مقصود از شمع های آلومینیومی با طول 5/0 متر و با قطر خارجی 025/0 متر بهره گرفته شد. در انتها نتایج بدست آمده از آزمایش ها با مقادیر ضریب اندرکنش استاتیکی بدست آمده از روابط تحلیلی علی بیگلو مورد مقایسه قرار گرفت. با ارزیابی نتایج مذکور این نکته حاصل گردید که مقادیر ضریب اندرکنش استاتیکی بدست آمده توسط روابط تحلیلی از تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی برخوردارند.