در این سری از مقالات سایت به بررسی  طراحی میکروپایل تحت بار جانبی در آئین نامه FHWA پرداخته شده است.

مراحل تجزیه و تحلیل برای یک میکروپایل تحت بارگذاری جانبی بر اساس آیین نامه FHWA

مرحله ۱ : تعیین  مشخصات اولیه برای یک میکروپایل بر اساس آیین نامه FHWA که شامل موارد زیر است:

• بر اساس آئین نامه FHWA
• تعیین طول میکروپایل ۲) تعیین مدول الاسیسیته میلگرد ، دوغاب و کیسینگ جا گذاری شده ۳) فاصله بیرون زدگی سر میکروپایل از سطح زمین ۴) شیب سطح زمین

مرحله ۲ : میکروپایل را به قسمت های عرضی با مشخصات یکسان تقسیم کنید. برای هر قسمت ، قطر شمع ، ممان اینرسی و سطح مقطع شمع را مشخص کنید.

یک میکروپایل در معرض بارهای جانبی و لنگرهای واژگونی شامل یک طول کیسینگ در قسمت بالای میکروپایل است.

یک میله تقویت کننده فولاد مرکزی می تواند در تمام طول میکروپایل استفاده شود ، با این حال میله فولادی مقاومت ناچیزی در برابر جانبی ایجاد می کند.

بارهای جانبی و لنگر های واژگونی اعمال شده در سطح زمین معمولاً توسط بخشی از میکروپایل متصل به اعماق پایین تر تحمل میشود.

به عنوان مثال در یک میکروپایل به قطر ۲۰ ، در زیر آن عمق ممان های خمشی معمولاً ناچیز است .

طول میکروپایل مورد تجزیه و تحلیل باید به گونه ای باشد که ممان های خمشی محاسبه شده ، نیروهای برشی و حرکت جانبی شمع در پایین میکروپایل قابل اغماض باشد. از این طول می توان برای انتخاب حداقل طول کیسینگ میکروپایل استفاده کرد.

مرحله ۳ : برای طراحی میکروپایل بر اساس آیین نامه FHWA باید مشخصات پروفیل خاک/سنگ بصورت لایه ای تا عمق نفوذ حداکثر میکروپایل آزمایشی مشخص شود.

مرحله ۴ : پارامترهای ورودی لازم برای هر لایه خاک را تعیین کنید. برای لایه های دارای چسبندگی ، وزن مخصوص موثر خاک و مقاومت برشی زهکشی نشده برای تجزیه و تحلیل مورد نیاز است در حالی که برای خاکهای بدون خاصیت چسبندگی، وزن مخصوص موثر و زاویه اصطکاک زهکشی شده مورد نیاز است.

کاربر دو پارامتر اضافی را هم باید وارد کند:

ε۵۰ (۱ که کرنش محوری متناسب با تنش برشی برابر ½ مقاومت برشی مصالح است ( این پارامتر فقط برای رس استفاده میشود)

• شیب پایداری خاک در برابر منحنی تغییر شکل جانبی

البته این مقادیر به طور معمول بر اساس نوع خاک با استفاده از اشکال ۵-۱ تا ۵-۴ انتخاب می شوند.

در طراحی میکروپایل تحت بار جانبی بر اساس آئین نامه FHWA:

منحنی p-y  تعریف شده توسط کاربر در جایی که این منحنی ها بر اساس نتایج آزمایش با بار جانبی در میکروپایل ( که شامل اندازه گیری حرکت جانبی شمع در خط زمین و در اعماق مختلف در امتداد طول میکروپایل ) در پروژه های قبلی با زمین مشابه یا تست های اولیه باشد، میتواند برای تحلیل  استفاده بشود. جابجایی های جانبی واقعی فونداسیون احتمالاً کمتر از میزان اندازه گیری شده در یک آزمایش بارگذاری خواهد بود ، زیرا بیشتر آزمایش های بارگذاری ، اثرات مفید سختی کلاهک و تعبیه در زیر سطح زمین را شامل نمی شوند که بخشی از ساختار اصلی فونداسیون است.

با این وجود ، بیشتر مهندسان از منحنی های p-y موجود در برنامه هایی مانند LPILE استفاده می کنند. این منحنی های p-y به طور خاص برای میکروپایل های با قطر نسبتاً کم توسعه نیافته اند اما می توانند نتایج دقیق منطقی ارائه دهند.

علاوه بر این ، مشخصات صحیح و کامل زیر سطحی و مقاومت برشی زمین در ۵ متر بالایی (۱۵ فوت) پروفیل زیرسطحی برای توسعه منحنی های p-y برای تجزیه و تحلیل ضروری است (Richards and Rothbauer, 2004).

اگر از مفروضات بیش از حد محافظه کارانه در مورد مقاومت برشی خاک در نزدیکی سطح زمین استفاده شود ، احتمال دارد که حرکات جانبی زمین به طور قابل توجهی بیش ازحد پیش بینی شود.

مرحله ۵ : ترکیبات بارگذاری بحرانی و شرایط مرزی را برای تجزیه و تحلیل تعیین کنید.

برای هر ترکیب بار ، تعیین بار محوری ، بار جانبی، لنگر واژگونی در زمین باید  مشخص شود  تا تجزیه و تحلیل انجام شود. یک ورودی مهم برای تجزیه و تحلیل،  شرایط مرزی فرضی در طول زمین است.

در طراحی میکروپایل تحت بار جانبی بطور کلی ، با فرض ثابت بودن کامل سر شمع ، ممان های خمشی منفی بزرگ محاسباتی در بالای شمع و انحراف های جانبی کوچک در طول زمین به وجود خواهد آمد. برعکس ، با فرض اتصال سر ستون که منجر به ممان خمشی بزرگی در زیر سطح زمین و حرکات نسبتاً بزرگ محاسباتی در سطح زمین می شود.

استفاده از میکروپایل های عمودی برای مقابله بارهای جانبی یک کاربرد نسبتاً جدید است و اطلاعات کمی برای تعریف میزان گیرداری مناسب برای اتصال بین میکروپایل و پی برای تجزیه و تحلیل طراحی وجود دارد.

روش معمول ارزیابی حداکثر گشتاور خمش از تجزیه و تحلیل با فرض شرایط اتصال مفصل (یعنی گیرداری برابر ۰٪) و حداکثر گشتاور خمش از تجزیه و تحلیل با فرض شرایط گیرداری (یعنی گیرداری برابر ۱۰۰٪) است . سپس ظرفیت سازه ای میکروپایل برای ممان خمشی بزرگتر محاسبه شده بین آن دو بررسی و چک می شود.

انحرافات خط زمین محاسبه شده نیز تحت تأثیر سطح گیرداری اتصال بین میکروپایل و پی قرار می گیرند. برای ارزیابی انحرافات خط زمین ، باید یک سطح نماینده ثابت در نظر گرفته شود .به عبارت دیگر، رویکردی که برای تعیین ظرفیت سازه ای استفاده میشود بر اساس بدترین حالت ممان خمشی بدست آمده از دو تحلیل است.

در آئین نامه FHWA :

این روش نباید برای ارزیابی تغییر شکل ها مورد استفاده قرار گیرد ، اما در عوض سطح گیرداری فرض شده برای ارزیابی انحرافات خط زمین باید با اتصال واقعی بین میکروپایل و پی مطابقت داشته باشد. اگر سطح خاصی از گیرداری در طراحی فرض شود ، این سطح از گیرداری باید حداقل توسط اتصال واقعی بین میکروپایل و پی (به عنوان مثال ، ساخته شده) حاصل شود.

برای این منظور ، شکل ۵-۵ راهنمایی های اولیه ای را برای انتخاب سطح گیرداری بین یک میکروپایل و پی مشخص ارائه می دهد. میزان گیرداری (به عنوان مثال ۰ ، ۵۰ یا ۱۰۰ درصد) می توان در آنالیز شمع جانبی برای محاسبه انحراف خط جانبی زمین استفاده کرد.

برای  اتصال بین یک میکروپایل و پی، می توان ثبات بیشتری نسبت به آنچه در شکل ۵-۵  گزارش شده است ، بدست آورد. کاربر این کتابچه راهنما باید شرایط گیرداری را بر اساس یک پروژه خاص ارزیابی کند.

راهنمایی ارائه شده بر اساس آئین نامه FHWA فرض می کند که فونداسیون خود دارای مهار است. به عنوان مثال ، اگر فقط یک ردیف شمع در جهت بارگذاری وجود دارد ، باید میزان گیرایی را ۰٪ در نظر گرفت.

مثالی از نتایج تجزیه و تحلیل LPILE در شکل ۵-۶ و ۵-۷ ارائه شده است.  میزان گیرداری ۵۰٪ را می توان در LPILE به صورت زیر مدلسازی کرد:

انجام تجزیه و تحلیل LPILE برای میزان گیرداری ۱۰۰٪ (به عنوان مثال ، شیب صفر را برای بالای میکروپایل فرض کنید) و ممان خمش منفی را در خط زمین محاسبه کنید Mneg (100%).

تجزیه و تحلیل LPILE دوم را با شرط مرزی ،گشتاور  ۵۰  از  Mneg (100%)) اانجام دهید. این تحلیل برای به دست آوردن جابجایی در  زمین استفاده می شود.

مرحله ۶ ) تعیین ظرفیت سازه ای  میکروپایل بر اساس آیین نامه FHWA برای مورد محوری و بار جانبی

ظرفیت سازه ای میکروپایل باید برای تنش های ترکیبی ناشی از بار محوری و ممان خمش با استفاده از Eq  ارزیابی شود. معادله ۵-۱ یا ۵-۲ همانطور که قبلاً ذکر شد ، می تواند با نگاه محافظه کارانه فرض شود که حداکثر گشتاور خمش به طور کامل توسط پوشش فولادی تحمل می شود بدون اینکه باری توسط دوغاب در داخل پوشش تحمل شود.

برای این ارزیابی ، فرض بر این است که ظرفیت سازه ای میکروپایل تحت تأثیر ضعف های بالقوه در اتصال کیسینگ قرار نمی گیرد. ظرفیت اتصال و تأثیر آن بر ظرفیت باربری جانبی در بخش ۵.۵.۳ و بخش ۵.۱۸.۳ بحث شده است.

در آئین نامه FHWA

اگر شرط توصیه شده در معادله ۵-۳  یا معادله  ۵-۶ برآورده نشود ، ظرفیت باربری جانبی اضافی را می توان با استفاده از:

• نصب یک پوشش کیسینگ بزرگ در قسمت بالای میکروپایل که ممان خمشی در آن زیاد است.
• ایجاد قطر میکروپایل بزرگتر در بالا (که باعث افزایش مقاومت جانبی خاک می شود)
• تعبیه کلاهک شمع در اعماق زیر سطح زمین برای ایجاد مقاومت مقاوم بیشتر که منجر به کاهش جابجایی زمین و ممان خمشی می شود.(برای یک بار جانبی داده شده)
• – زاویه دار کردن برخی از میکروپایل ها