مقدمه

تامین آب بعنوان مهمترین نیاز حیات، در هر عصر مورد توجه انسان بوده است. این نیاز در  دوران کنونی در طرح سیاست کشورهای مختلف جهان نیز نمود پیدا کرده است تا جاییکه متخصصین ژئوپلیتیک، جنگ های زیادی برای دستیابی به منابع آب پیش بینی می کنند. در این میان یکی از اصلی ترین کانونهای بحران، منطقه خاور میانه است به با کمبود شدید آب مواجه می باشد. همچنین سدها از جمله مهمترین سازه ها در زندگی صنعتی امروز می باشند که به منظورهای مختلفی از جمله تولید انرژی برقابی، ذخیره سازی آب برای استفاده های کشاورزی، صنعتی، کنترل و مهار سیلاب و آشامیدن احداث می شوند. طبق گزارشات بولتن آب کشور، متوسط بارندگی سالیانه در ایران حدود 252 میلیمتر می باشد که این مقدار حدود یک چهارم متوسط بارندگی در جهان و یک سوم متوسط بارندگی در آسیا می باشد. لذا ایران یکی از مناطق خشک در دنیا شناخته می شود.  از طرفی دیگر ایران از جمله کشورهایی است که در معرض زلزله های بسیار زیاد و شدیدی قرار داشته و دارد با توجه به اینکه سدهای زیادی در مناطق لرزه خیز کشور احداث شده اند، دستیابی به ایمنی کافی سدها در برابر زلزله از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
بحث تامین ایمنی سدها در برابر زلزله، با وجود اثرات قابل ملاحظه عوامل مختلف یکی از زمینه های تخصصی پیچیده ای می باشد که سال ها ذهن محققین و علاقمندان زیاد ی را به خود مشغول کرده است. بطوریکه در سه دهه اخیر با بالا رفتن توان کامپیوترها در حل چنین سیستم پیچیده ای توجه و علاقه محققین به لحاظ ابداع و اصلاح روش های مکانیک محاسباتی بطور چشمگیری افزایش پیدا کرده است. با گسترش صنعت سدسازی، سدهای متعددی در مناطق زلزله خیز و در نزدیکی گسل ها احداث شده  و یا در حال طراحی و احداث هستند. با توجه به اینکه آسیب دیدن این سازه ها در اثر بروز زلزله، سیل و یا هر عامل دیگری می تواند موجب بروز خسارت های جبران ناپذیری گردد لذا ضرورت توجه به تحلیل، طراحی و بهینه سازی سدها در برابر بارهای وارده بخصوص بارهای دینامیکی ناشی از زلزله، مشخص می-شود. بررسی پاسخ لرزه ای بدنه سدهای بتنی از مسائل بسیار پیچیده در این زمینه می باشد. تنوع ابعاد بدنه و شالوده، وجود یا عدم وجود گسل فعال در محدوده ساختگاه سد و همچنین مشخصات زلزله مثل طول زمان وقوع، نوع و امتداد امواج لرزه ای و محتوی فرکانسی همگی از عواملی هستند که پاسخ دینامیکی سد نقش اساسی ایفا می کنند. در گذشته تحلیل سدها در بارگذاری لرزه ای با استفاده از روشهای شبه استاتیکی انجام می شد ولی امروزه با گسترش امکانات و پیشرفت های رایانه ای طراحان گرایش ویژه ای به کاربرد تحلیل دینامیکی پیدا کردند. حال در این تحقیق با استفاده از روش تحلیل دینامیکی، رفتار سدهای بتنی وزنی تحت زلزله های حوزه میدان نزدیک و دور تحت اندرکنش فونداسیون- سد- مخزن مورد ارزیابی قرار می گیرد.

بیان مسئله

با توجه به بحران کم آبی و نیاز اساسی به مدریت منابع آبی و نیرو جهت رفاه و آسایش بیشتر سدسازی جز مباحث مهم ملی به شمار می رود که بخش بزرگی از بودجه های عمرانی کشور را به خود اختصاص می دهد جدا از زمینه هیدرولیکی، هیدرولوژیکی و محیط زیستی در طراحی سدهای بتنی، طراحی ایمن ساز ه ی سدها با توجه به خسارات جربان ناپذیر ناشی از خرابی و شکست آنها بسیار حائز اهمیت است بنابراین با توجه به خسارات جبران ناپذیر خرابی این سازه ها تحلیل دقیق تر این فراسازه ها از اهمت ویژه و خاص برخوردار می باشد. در سال های اخیر بررسی عملکرد لرزه ای سازه ها تحت تحریکات حوزه نزدیک مورد توجه محققین و پژوهشگران قرار گرفته است، زمین لرزه های حوزه نزدیک گسل توسط یک حرکت ضربه ای با مدت زمان کوتاه و پریود بلند مشخص می شوند که سازه را در ابتدای رکورد در معرض انرژی ورودی بزرگی قرار می دهند. این حرکت پالسی بویژه در جهت پیش رونده معمول بوده که در آن سرعت شکست گسل با سرعت نزدیک به سرعت موج برشی به طرف ساختگاه انتشار می یابد. اثر جابجایی ماندگار نیز نتیجه تغییر مکان پسماند زمین به دلیل تغییر شکل های تکتونیکی مرتبط با مکانیزم شکست می-باشد، توسط یک پالس سرعت یک طرفه با دامنه بلند و با یک گام یکنواخت در تاریخچه زمانی تغییر مکان توصیف می گردد. ویژگی دیگر این زمین لرزه ها اثر فرا دیوار است که به دلیل نزدیکی ساختگاه های روی فرادیواره به صفحه گسل نسبت به ساختگاه با همان فاصله روی فرودیواره ایجاد می گردد. ویژگی مهم دیگر اثر مولفه قائم است دلیل اهمیت این مشخصه بزرگتر بودن نسبت حداکثر بودن نسبت شتاب قائم به شتاب افقی زمین در رکوردهای نزدیک گسل با دور گسل می باشد. از اینرو در این تحقیق با استفاده از روش اجزا محدود با بهره گیری از نرم افزار آباکوس سد بتنی وزنی تحت تحریکات گسل دور و نزدیک شبیه سازی می شود در این مدل  سازی از مدل رفتاری پیشرفته concrete damage plastic استفاده می-شود این مدل رفتاری از مفاهیم الاستیسیته خرابی همسانگرد به همراه پلاستیسیته فشاری و کششی همسانگرد استفاده می نماید و رفتار چرخه ای بتن را با دقت بالایی شبیه سازی می نماید همچنین به کاربر امکان کنترل بازیابی سختی را در طی چرخه های بازگشت بار می دهد و امکان تغییر حساسیت خرابی به نرخ تغییرات کرنش را فراهم می سازد. در پایان نامه حاضر اندرکنش خاک- سازه- مخزن مورد استفاده قرار می گیرد و از المان های نیمه بی نهایت جهت استهلاک انرژی و جلوگیری از بازگشت انعکاس امواج لرزه ای به مدل در مرزهای دور می شود. در این مطالعه تاثیر همزمان مولفه قائم زلزله، رفتار غیر خطی و غیر هندسی مصالح، اندرکنش خاک-سازه-سیال در ارزیابی عملکرد لرزه ای سد بتنی تحت تحریکات لرزه ای گسل دور و نزدیک مورد بررسی قرار می گیرد برای این منظور از 10 شتاب نگاشت رخ داده در ایران با محتویات فرکانسی حوزه دور و نزدیک برای شرایط مخزن پر و خالی و 3 ارتفاع سد استفاده می شود و جمعا 60 مدل عددی مورد ارزیابی قرار می گیرد.

فرضیات پژوهش

مهمترین فرضیات بکار رفته در انجام پایان‌‌نامه عبارتند از:
–    از روش اجزا محدود جهت تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی- انتگرال گیری مستقیم استفاده می-شود.
–    مدل سازی در فضای کرنش مسطح صورت می گیرد.
–    اندرکنش خاک- سازه- مخزن در نظر گرفته می شود.
–    رفتار غیر خطی مصالح شبیه سازی می شود.
–    همپایه و اصلاح شتاب نگاشت ها با استفاده از نرم افزار Seismo Signal انجام می شود.
–     تاثیر مولفه قائم زلزله در محتویات فرکانسی تحریکات لرزه ای گسل دور و نزدیک بررسی می شود.
–    تاثیر شرایط مخزن پر و خالی بررسی می شود.
–    تاثیر ارتفاع سد بر پاسخ لرزه ای سازه مورد ارزیابی قرار می گیرد.

ضرورت و اهمیت تحقیق:

محدوده نزدیک گسل معمولا در داخل محدوده ای بین 10 تا 60 کیلومتری از گسل فعال فرض می شود در این محدوده معولا زمین لرزه ها به مکانیسم شکست، جهت انتشار شکست نسبت به ساختگاه و تغییر مکان های دائمی ناشی از گسلش وابسته است. با توجه به اینکه ایران از جمله کشورهایی است که در معرض زلزله های بسیار زیاد و شدیدی قرار داشته و دارد، دستیابی به ایمنی کافی سدها در برابر زلزله خصوصا سازه هایی که در نزدیکی گسل واقع شده اند از اهمیت ویژه ای برخوردار است. از اینرو در پایان نامه حاضر با استفاده تحلیل تاریخچه زمانی- انتگرال گیری مستقیم رفتار لرزه ای این سازه ها تحت اندرکنش دینامیکی خاک-سازه-مخزن مورد ارزیابی قرار می گیرد و تاثیر شرایط مختلف هندسی سد و مخزن و مولفه  قائم زلزله تحت تحریکات حوزه دور و نزدیک بررسی می شود.

اهداف اصلی پژوهش

مهترین اهداف از انجام این پایان‌نامه عمران به شرح زیر می باشد:
–     بررسی تاثیر محتوای فرکانسی حوزه دور و نزدیک بر پاسخ لرزه ای سد بتنی وزنی.
–    بررسی تاثیر اثر مولفه قائم بر پاسخ لرزه ای سد بتنی وزنی تحت تحریکات حوزه نزدیک و دور.
–    مقایسه میزان جابجایی تاج سد، خرابی، مقدار محدوده کرنش های پلاستیک تحت تحریکات حوزه دور و نزدیک.
–    بررسی تاثیر شرایط مخزن سد و سد بر چگونگی پاسخ سدهای بتنی تحت تحریکات لرزه ای حوزه دور و نزدیک و تعیین بحرانی ترین حالت.