چکیده
روسازی راه به دلیل قدمت دیرینه‌ای که در جهان و نیز در ایران دارد. همواره از دیرباز مورد توجه مهندسین بوده است. به تدریج و با شکل‌گیری قالب استاندارد برای روسازیهای انعطاف‌پذیر و صلب، لزوم تهیه برنامه‌های کامپوتری و تحلیل عددی روسازی‌ها جهت صرف زمان کمتر و بررسی دقیق‌تر کاملاً اجتناب‌ناپذیر می‌نمود. در این پروژه سعی بر آن بوده است که روسازی انعطاف‌پذیر آسفالتی تحت اثر بارگذاری قائم در بالای رویه مورد بررسی قرار گرفته و توسط تئوری الاستیسیته و فرض ساده کننده روشش برمیستر جهت مدل لایه‌ای، تئوری ریاضی مربوط بسط داده شده و پایه‌های یک برنامه کامپیوتری براساس آن شکل گرفته است.
نرم‌افزارهایی که با بهره جستن از تئوری لایه‌ای اقدام به تحلیل رفتار خاک و محاسبه تنش‌ها و تغییر مکان‌ها می‌نمایند. همگی ملزم به رعایت فرضیات و قوانین خاص تئوری لایه‌ای هستند. این شرایط بعضاً محدود کننده ممکن است باعث تقریب‌های کوچک و یا بزرگی در جواب‌های نهایی سیستم گردد.روسازیهای انعطاف‌پذیر را می‌توان با استفاده از تئوری چند لایه‌ای برمیستر تحلیل کرد. عمده‌ترین فرض تئوری فوق بی‌نهایت بودن هر یک از لایه‌ها در صفحه افقی است در این روش برای محاسبه پاسخ با توجه به فرض مهم تقارن محوری، یک تابع تنش فرض می‌شود که باید معادلات دیفرانسیل سازگاری و همچنین شرایط پیوستگی و مرزی را ارضاء کند. سپس از محاسبه این تابع تنش، می‌توان تنش‌ها و جابه‌جایی‌ها را به دست آورد.
یافتن راه حل ریاضی مناب برای تحلیل روسازی، آشنایی کامل با مفاهیم و فرضیات این روش، انتخاب مناسب پارامترها و متغیرهای مسئله، تدوین پایه‌های نرمافزار کامپیوتری جهت ورود اطلاعات این روش ریاضی به کامپیوتر و ساختن یک محیط User friendly برای کنترل ورودی‌های برنامه و ایجاد امکان هر گونه توسعه آتی در پیکره نرمافزار اهم از مواردی است که در این پروژه بدان توجه شده است.
کلمات کلیدی:
روسازی
روسازی منعطف
نرمافزار TUPAS
تحلیل روسازی انعطاف پذیر
صنعت ساختمان و راهسازی
پیشگفتار
تحلیل روسازی‌ها مسئله مهمی است که امروز با توجه به گسترش صنعت ساختمان و راهسازی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. روش‌های متفاوتی برای تحلیل روسازی‌ها تا به امروز ارائه شده‌اند و هر کدام به نوبه خود دارای نقاط قوت و ضعفی هستند. دو روش عمده اصلی در تحلیل این مسائل منطق تئوری لایه‌ای و تئوری اجزاء محدود می‌باشد. بدیهی است که استفاده از هر کدام از روش‌ها ملزم به رعایت فرضیات اولیه و شرایط خاص حاکم بر آن روش خواهد بود. آنچه در این پروژه مورد اشاره قرار گرفته است؛ معرفی دو روش اصلی تحلیل روسازیهای انعطاف‌پذیر که یکی استفاده از تئوری الاستیسیته و سیستم لایه‌ای و دیگری روش اجزاء محدود می‌باشد و سعی شده است سیستم لایه‌ای و به تبع آن روش بر مسیتر برای حل لایه‌ای با توجه بیشتری بررسی شود و جزئیات بیشتری از الگوریتم ریاضی آن ارائه گردد. روش بر مسیتر برای حل لایه‌ای با توجه بیشتر بررسی شود و جزئیات بیشتری از الگوریتم ریاضی آن ارائه گردد.
در روش بر مسیتر برای پیدا کردن تنش‌ها و تغییر شکل‌ها در محیط لایه‌ای خاک و با فرض نیمه بودن محیط و وجود تقارن محوری، یک تابع تنش انتخاب شده و با در نظر گرفتن شرایط پیوستگی و شرایط مرزی معادلات دیفرانسیل حاصله حل شده و پاسخ‌های مورد نیاز به دست می‌آید.فرضیات ریاضی حاکم بر این روش و الگوریتم مربوط به آن در فصل سوم این پروژه به تفصیل بیان شده و امکان یک مقایسه نسبی نیز فراهم شده است.
سپس از تشریح این مسائل، نرمافزار kenlayer به عنوان یک برنامه کامپیوتری مورد اعتماد که بر پایه تئوری لایه‌ای استوار است، تشریح شده و فرضیات و قابلیت و امکانات متفاوت این نرمافزار نحوه حل معادلات و گرفتن پاسخ‌ها، چاپ نتایج، تعریف حالات مختلف بارگذاری‌ها، اصل جمع آثار قوا و سایر مسائل فنی از این قبیل همگی در حوصله این پروژه مورد بررسی تفصیل قرار گرفته است و در انتهای این فصل آشنایی نسبتاً کاملی با این نرمافزار به وجود خواهد آمد.
فهرست عناوین
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 : کاهش عمر روسازی های انعطاف پذیر در اثر تغییرات شرایط چسبندگی بین لایه ها با توجه به کرنش قائم روی خاک بستر 23
1- مقدمه 24
2- تاثیر بارهای افقی و اصطکاک 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 عملکرد روسازی 33
5-1- تاثیر اجراء ضعیف اندود تک کت ( حالت اجرایی) 34
5-2- تاثیر کاهش اجراء ضعیف اندود پریمکت ( 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 الاستیک: 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 کرنش بحرانی 65
4-1-3- آنالیز خرابی (Damage Anaysis) 66
4-1-3-1- معیار بحرانی شکست ترک کششی 66
4-1-3-2- معیار بحرانی شکست تغییر شکل حداکثر 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- نکات 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
5-1-1- سیستم لایه‌ای 87
5-1-2- برهم نهی بارها و تعیین پاسخ‌ها 87
5-2- نکات فنی 89
5-3- خلاصه و نتیجه‌گیری 91
فصل ششم ـ مقایسه‌ی عملکرد 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 تک چرخ 95
6-3-2- حل مسئله 3 لایه‌ای تحت بارگذاری ناشی از یک محور سه گانه 96
6-3-3- حل مسئله 3 لایه غیرخطی ناشی از بارگذاری تک 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
فصل هفتم ـ جمع‌بندی و نتیجه‌گیری 108
7-1- خلاصه 109
7-2- نتیجه‌گیری 111
7-3- پیشنهادات 111
منابع و مراجع 113
