تجزیه و تحلیل جریان بتن در شفت های حفاری با کامسول CFD
تجزیه و تحلیل جریان بتن در شفت های حفاری با کامسول CFD آسمانخراشها، پلهای بزرگراهی و دیگر سازههای سنگین دستساز اغلب از شفتهای حفاری شده استفاده میکنند. علیرغم کاربرد گسترده، این شفت ها به دلیل طراحی های نامناسب و مسائل مربوط به جریان بتن دچار ناهنجاری می شوند. برای درک بهتر چنین مشکلاتی و بهبود فرآیند بتن ریزی برای شفت های حفاری شده، محققان از این نرم افزار استفاده کردند. در اینجا، نگاهی به تحقیقات و یافته های اولیه آنها می اندازیم.
رسیدگی به مسائل در فرآیند طراحی شفت حفاری و آموزش comsol شفت های حفاری شده عناصر پایه عمیق هستند که هم مقرون به صرفه و هم کارایی بالایی دارند. آنها را می توان در لایه های مختلف خاک با حداقل صدا و ارتعاش استفاده کرد. با توجه به این مزایا، شفت های حفاری برای حمایت از سازه های سنگین در سراسر جهان استفاده می شود.
شفت های حفاری سازه های ساده ای هستند که از سوراخ های استوانه ای عمیقی تشکیل شده اند که در خاک یا سنگ حفر شده اند. اغلب، کارگران ساختمانی از یک مایع حفاری یا دوغاب برای حفظ پایداری حفره در طول فرآیند حفاری استفاده می کنند. آنها این کار را با پمپاژ مقداری دوغاب که برابر با خاک حذف شده به سوراخ حفاری شده است انجام می دهند.
هنگامی که سوراخ به عمق مورد نیاز رسید، یک قفس فولادی (میلگرد) تقویت شده اضافه می شود. سپس سوراخ حفاری از طریق شیلنگ کامیون پمپ بلند یا ترمی با بتن پر می شود. این دستگاه بتن را به پایین سوراخ پمپ می کند و از مخلوط شدن آن با دوغاب جلوگیری می کند. مراحل اصلی فرآیند ایجاد شفت حفاری: حفاری سوراخ حفاری (سمت چپ)، قرار دادن قفس میلگرد (وسط) و پر کردن سوراخ. با بتن (سمت راست). هنگام انجام آزمایشهای آزمایشی برای بررسی این مسائل، یک تیم تحقیقاتی از گروه مهندسی عمران و محیطزیست دانشگاه فلوریدا جنوبی خاطرنشان کرد که الگوی جریان بتن در سوراخهای حفاری محور حفر شده تأثیر زیادی بر ویژگیهای ریختهگری سخت شده دارد. شفت حفاری شده علاوه بر این، آنها مشاهده کردند که قرار دادن قفس فولادی تقویت شده می تواند باعث ایجاد ناهنجاری هایی به شکل چین شود.
برای دستیابی به یک جریان بتنی که به درستی سوراخ شفت حفاری شده را پر می کند، تیم تحقیقاتی تصمیم گرفتند فرآیند بتن ریزی شفت حفاری شده را شبیه سازی کنند. در زیر نگاهی به این اثر می اندازیم.
تجزیه و تحلیل فرآیند بتن ریزی برای شفت های حفاری شده و آموزش کامسول در یک وضعیت ایده آل، بتن بدون زحمت دوغاب سبک تر را در حالی که سوراخ حفاری را پر می کند، جابجا می کند. با این حال، این همیشه در واقعیت صادق نیست. شکلها و مکانهای مختلف قفس میلگرد نحوه بالا آمدن بتن و همچنین ایجاد اختلاف سر بین بتن داخل و خارج قفس را تغییر میدهد. سینماتیک جریان بتن به سوراخ حفاری نیز می تواند باعث ایجاد ناهنجاری شود. برای مثال، جریان ضعیف بتن از ترمی میتواند شفت حفاریشدهای ایجاد کند که کیفیت پایینتری در کل سطح مقطع و عمق دارد. برای مطالعه خود، این تیم یک مدل اولیه محور حفاری متقارن دوبعدی متشکل از یک عنصر مستطیلی که 7 است ایجاد کرد. فوت عمیق با قطر 4 فوت. در مرکز مدل یک لوله ترمی با قطر 10 اینچ قرار دارد. اطراف این لوله میلگردهایی است که شکل عناصر عمودی با شکاف را به خود می گیرد. این مدل می تواند خواص رئولوژیکی بتن، انسدادهای ساختاری بالقوه و جریان دو فازی را در نظر بگیرد:
بتن جاری از لوله ترمی
دوغاب که توسط بتن جابجا شده و از سوراخ حفاری خارج می شود
محققان از روش تنظیم سطح، شامل یک رابط جریان دو فازی، برای محاسبه حرکت سطح مشترک بین بتن و دوغاب استفاده کردند. با این مدل، تیم الگوهای جریان و کسر حجمی بتن و دوغاب را بر روی 4 شبیهسازی کردند. -دوره زمانی دقیقه آنها همچنین اختلاف سر بین داخل و خارج قفس میلگرد را محاسبه کردند.
در ابتدای دوره زمانی، بتن (به صورت قرمز در کرت های زیر به تصویر کشیده شده است) در داخل ترمی باقی می ماند، در حالی که دوغاب (به شکل آبی به تصویر کشیده شده است) بقیه حفره حفاری را پر می کند. با گذشت زمان، بتن شروع به خروج از ترمی می کند و به صورت عمودی در داخل قفس میلگرد به سمت بالا حرکت می کند. پس از توسعه سر مورد نیاز، بتن شروع به جریان شعاعی از قفس میلگرد می کند و به فضای حلقوی گسترش می یابد. این کار همچنان ادامه می یابد که بتن بیشتر و بیشتر از سوراخ حفاری را پر می کند و دوغاب را جابجا می کند. با این حال، بتن فضا را به طور یکنواخت پر نمی کند و در نتیجه اختلاف سر بین داخل و خارج قفس میلگرد ایجاد می شود. از 0.20 تا 0.40 متر (8 تا 16 اینچ). از سوی دیگر، شبیهسازیهای نیوتنی تفاوت 0.90 متری (36 اینچ) را نشان میدهند که بالاتر از محدوده مشاهدهشده است. بنابراین، مدل جریان غیر نیوتنی برای این شبیهسازی جریان بتن مناسبتر است و نشان میدهد که شبیهسازی میتواند با موفقیت دیفرانسیل سر بتن را در یک شفت حفاری شده محاسبه کند.
