گسترش ترک در سدهای بتنی
گسترش دینامیكی ترک در سدهای بتنی از پدیدههای مهمی است كه به منظور ارزیابی ایمنی سدهای موجود و سدهای در دست طراحی مورد بررسی قرار میگیرد. این پدیده مسالهای پیچیده در زمینه مكانیک محاسباتی پدید آورده است.
به منظور بررسی ایمنی سدها در هنگام زلزلههای شدید، عملكرد لرزهای سدهای بتنی در سالهای اخیر مورد توجه بسیار قرارگرفته است. امروزه در طراحی لرزهای سدهای بتنی، اكثر تحلیلها با فرض رفتار ارتجاعی خطی صورت میگیرد، در حالی كه در واقعیت، سازه سد در هنگام زلزلههای شدید وارد ناحیه غیر خطی میشود. تحقیقات نشان میدهد كه بیشتر سدهای بتنی وزنی حتی در محدوده بارهای بهره برداری و زلزلههای متوسط دچار ترک خوردگی میشوند و بنابر این به نظر میرسد كه فرض رفتار ارتجاعی در تحلیل و طراحی سدها چندان مناسب نباشد.
تاكنون تحقیقات متعددی بر روی بررسی گسترش خرابی در بدنه سدهای بتنی وزنی، انجام شده است. با اعمال زلزله بر روی سازه سد، به تدریج نواحی مختلف بدنه سد دچار ترک خو ردگی و خرابی میشوند. در صورتی كه زلزله به اندازه كافی شدید باشد، توسعه نواحی خرابی باعث ایجاد ناپایداری در كل سازه خواهد شد. در شرایط مختلف، توسعه ترک در سازه سد عموماً از یك الگوی ثابت تبعیت مینماید به نحوی كه روند توزیع ترک در بدنه سد را میتوان به چهار مرحله زیر تقسیم نمود.
- ترک خوردگی از سطح مشترك سازه سد و فونداسیون از ناحیه بالا دست آن آغاز میشود.
- پس از آن كه ترك خوردگی در سطح مشترک سازه سد و فونداسیون به میزان معینی توسعه یافت، ترک خوردگی در ناحیه یک سوم فوقانی بدنه سد از سمت پایین دست آغاز میشود.
- در حالی كه ناحیه ترک خورده در سطح مشترک سازه سد و فونداسیون ثابت باقی میماند، ترک خوردگی در ناحیه یك سوم فوقانی بدنه سد توسعه مییابد.
- در این مرحله، ترک خوردگی در ناحیه سطح مشترك سازه سد و فونداسیون رشد مینماید و به طور همزمان ناحیه ترك خورده فوقانی به دو شاخه تقسیم شده و به سمت بالا دست بدنه سد حركت میكند و در صورتی كه این ناحیه ترک خورده به بالا دست برسد، سازه دچار خرابی كلی میشود.
مقایسه تنشهای اصلی حداكثر در دو حالت رفتار ارتجاعی و غیر ارنجاعی بیانگر آن است كه نحوه توزیع تنشها در نواحی ترک خورده بدنه سد، یعنی تراز فونداسیون در بالادست و كل عرض سد در ناحیه یک سوم فوقانی آن، با یكدیگر متفاوت است.
علت این امر آن است كه در رفتار واقعی سازه، پس از آنكه پاشنه سد دچار ترک خوردگی شد و ناحیه ترک خورده به اندازه كافی توسعه یافت، نیروی بیشتری به ناحیه یک سوم فوقانی بدنه سد وارد شده و آن ناحیه نیز دچار ترک خوردگی میشود و در نهایت توسعه خرابی در همین ناحیه فوقانی، سبب خرابی كلی سازه خواهد شد. بنابراین نتیجه مهم آن است كه پوش تنش با فرض رفتار ارتجاعی نمیتواند نحوه توزیع ترک و خرابی را به درستی پیش بینی نماید و تنها قادر است كه محل آغاز اولین ترک خوردگی را نشان دهد.
نواحی ترک خوردگی عموماً در محدوده خاصی از بدنه سد رخ میدهد كه عبارتند از، سطح مشترک بدنه سد و فونداسیون در بالا دست و كل عرض سد در نواحی نزدیک به تاج سد. از این رو برای مشخص ساختن اثرات مقاوم سازی این نواحی، در سه حالت، مشخصات بتن در نواحی كه امكان ترک خوردگی در آنها وجود داشت، تقویت گشت. در حالت اول بتن سد در تراز پایین بدنه سد در نزدیكی فونداسیون، در حالت دوم كل عرض سد در ناحیه تقریباً یک سوم فوقانی سد و در حالت سوم هر دو ناحیه او ل و دوم تقویت شدند به نحوی كه مقاومت كششی بتن این نواحی۲/۳ مگاپاسكال به ۴ مگاپاسكال رسانده شد.
با توجه به تحلیلهای انجام شده مهمترین نتایج به دست آمده به شرح زیر است.
- توزیع تنش كششی در محدوده رفتار غیر ارتجاعی، میتواند به نحو مناسبی نواحی مستعد برای ترک خوردگی را پیش بینی نماید.
- بیشترین تنشهای كششی عموماً در سه ناحیه شامل پاشنه سد، نواحی سطحی بدنه سد در نیمه بالایی و كل عرض سد در نواحی نزدیک تاج سد اتفاق افتاه است.
- مقاوم سازی بدنه سد، روند ترک خوردگی و توسعه خرابی در بدنه سد را تغییر نداده است و تقریباً نواحی چهارگانه توزیع ترک در بدنه سد مشابه با حالت تقویت نشده، وجود دارند.
- در تمام حالتهای تقویت شروع ترک خوردگی تقریباً همزمان بوده است.
- تقویت ناحیه یک سوم فوقانی سبب شده است كه نواحی پایین منطقه تقویت شده نیز به طور همزمان با ناحیه تقویت شده ترک بخورد.
- در تمام حالتهای مقاوم سازی، خرابی نهایی و ناپایداری سازه زمانی رخ داده است كه با رشد ترک خوردگی در ناحیه یك سوم فوقانی، این ناحیه ترک خورده به دو شاخه تقسیم شده و با سطح بالادست بدنه سد برخورد نموده است.
