مطالعه‌ی پارامتری اندرکنش سازه-خاک-سازه در حوزه‌های زمان و فرکانس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد، دانشکده عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 اصفهان-دانشگاه صنعتی اصفهان-دانشکده عمران.

چکیده

در این مقاله، با تمرکز بر تحلیل اندرکنش سازه-خاک-سازه، رفتار دینامیکی همزمان دو سازه ی مجاور و متکی بر بستر انعطاف پذیر مورد مطالعه قرار گرفته است. شاخص‌های اصلی معرف این سیستم سازه -خاک-سازه به صورت چند پارامتر بی بعد معرفی و درنظر گرفته شده و با منظور کردن بازه‌ای منطقی از مقادیر، حالات متنوعی شامل اغلب موارد عملی ممکن محاسبه گردیده است. انعطاف پذیری خاک و همبستگی دینامیکی دو سازه از طریق خاک، با استفاده از تعبیه‌ی فنرها و میراگرهایی در تکیه گاه سازه اعمال شده و مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات حرکت در حوزه های زمان و فرکانس برای دو سیستم یک درجه آزاد مجاور حل شده و از این طریق مطالعه پارامتری اثر اندرکنش سازه-خاک- سازه بر واکنش‌ها ممکن گردیده است. در نتیجه‌ی تحلیل‌های دینامیکی هارمونیکی، فرکانس های طبیعی، نسبت‌های میرایی و دامنه ی واکنش دینامیکی سیستم محاسبه گردیده و با حالت عدم وجود سازه‌ی مجاور مقایسه گردیده است. همچنین حالات محتمل برای وقوع ضربه بین دو سازه‌ی مجاور تعیین شده است. در انجام تحلیل‌ها، کاربرد تحلیل در حوزه ی فرکانس و در حوزه ی زمان برای مطالعات فوق بررسی گردیده و نشان داده شده که با تمهیدات مناسب می‌توان از هر دو تحلیل به نتایج یکسانی از محاسبه اندرکنش بین سازه‌های مجاور دست یافت. در نتیجه، مشاهده شده که درنظر گرفتن اندرکنش متقابل در اغلب حالات منجر به افزایش فرکانس‌های طبیعی سیستم شده که به بیشترین افزایش مربوط به حرکت افقی پایه، تا بیش از %20 ،می‌باشد. از سوی دیگر، در مودهای مربوط به حرکت افقی روسازه تغییر فرکانس چندانی مشاهده نمی‌شود. همچنین، مجاورت تأثیر چندانی بر مشخصات دینامیکی ساختمان‌های کوتاه و سنگین ندارد، در حالیکه ساختمان بلند و سبک بیشتر تحت تأثیر مجاورت است طوریکه نسبت میرایی چنین سیستمی در حرکت گهواره‌ای تا دو و نیم برابر افزایش می‌یابد. اندرکنش متقابل سازه‌های سبک و بلند در خاکهای نرم تر موجب افزایش پاسخ سازه سخت تر تا حدود %40 و کاهش پاسخ سازه نرم تر تا حدود %15 می‌شود، اما روی خاک سخت پاسخ هر دو سازه کاهش می‌یابد که بیشینه تغییر، حدود %40 می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Parametric Study of Structure-Soil-Structure Interaction in Time and Frequency Domains

نویسندگان [English]

  • bahareh madani 1
  • Farhad Behnamfar 2
1 M.Sc. graduated student, Department of Civil Engineering, Isfahan University of Technology, Esfahan
2 Isfahan University of Technology
چکیده [English]

In this paper, focusing on structure-soil-structure interaction, dynamic behavior of two adjacent structures with flexible base is studied. The main identifiers of this structure-soil-structure interaction system are defined with dimensionless parameters. With considering a logical range of the parameters, various states including most practical cases are calculated. Soil flexibility and dynamic correlation between two adjacent structures through the soil are accounted for using springs and dashpots at the base of the structures. The equations of motion are solved in time and frequency domains for two adjacent single degree of freedom systems to make it possible to study parametrically the effect of structure-soil-structure interaction on the responses. As a result of harmonic analysis, natural frequencies with and without considering damping, damping ratios and amplitude of the system’s dynamic responses are calculated and compared with those of the single building (no adjacency). Also, the cases prone to a possible pounding are recognized. By analyzing such a system in both time and frequency domain, it is shown that with appropriate arrangements, both of the analysis procedures result in the same responses for an interaction problem.

کلیدواژه‌ها [English]

  • adjacent structures
  • Soil-structure interaction
  • structure-soil-structure interaction
  • Natural frequency
  • Damping Ratio
  1. Rahman, A. M. Car, A. J. and Moss, P. J., “Seismic pounding of a case of adjacent multiple-storey buildings of differing total heights considering soil flexibility effects”, Bulletin of the New Zealand Society for Earthquake Engineering, Vol. 34, No. 1, pp. 40-59, 2001.
  2. Mulliken, J. S. and Karabalis, D. L., “Discrete model for dynamic through-the-soil coupling of 3D foundations and structures”, Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 27, pp. 687-710, 1998.
  3. Behnamfar, F. Kermani, M. and Saadatpour, M., “Variation of natural frequencies of adjacent structures resting on flexible soil”, 6th International Conference of Civil Engineering, Esfahan, Iran, 2003.
  4. Yahyai, M. Mirtaheri, M. Mahoutian, M. Daryan, A. and Assareh, M., “Soil Structure Interaction between Two Adjacent Buildings under Earthquake Load”, American Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol. 2, pp..8002 ,521-121
  1. Cole, G. Chouw, N. and Dhakal. R., “Building and bridge pounding damage observed in the 2011 Christchurch Earthquake ”, Bulletin of the New Zealand Society for Earthquake Engineering, Vol. 44, No. 4, pp. 334-341, 2011.
  2. Mahmoud, S. Abd-Elhamed, A. and Jankowski, R., “Earthquake-induced pounding between equal height multi-storey buildings considering soil-structure interaction” Bulletin of Earthquake Engineering, Vol. 11, pp. 1021-1048, 2012.
  3. Naserkhaki, S. Abdul Aziz, F. N. A. and Pourmohammad, H., “Earthquake induced pounding between adjacent buildings considering soil-structure interaction”, Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration, Vol. 11, pp. 343-358, 2012.
  4. Farghaly, A. A., “Optimization of viscous dampers with the influence of soil structure interaction on response of two adjacent 3-D buildings under seismic load”, International Organization of Scientific Research Journal of Engineering, Vol. 04, pp. 18-27,
  5. Dobre, D. Dragomir, C. and Georgescu, E., “Pounding effects during an earthquake, with and without consideration of soil-structure interaction”, Second European Conference on Earthquake Engineering and Seismology, Istanbul, 2014.
  6. Pawar, P. D. and Murnal, P. B., “Effect of seismic pounding on adjacent buildings considering soil-structure interaction”, International Journal of Advance Foundation and Research in Science and Engineering, Vol. 1, pp. 286294, .5102
  7. Aldaikh, H., Alexander, N.A., Ibraim, E., Knappett, J. “Shake table testing of the dynamic interaction between two and three adjacent buildings (SSSI)”, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 89, pp. 219-232, 2016.
  8. Ghandil, M., Behnamfar, F., Vafaeian, M.. “Dynamic responses of structure-soil-structure systems with an extension of the equivalent linear soil modeling”, Soil Dynamics and Earthquake Engineering 80, pp. 149162, 2016.
  9. Kirkwood, P., Dashti, S. “A centrifuge study of seismic structure-soil-structure interaction on liquefiable ground and implications for design in dense urban areas”, Earthquake Spectra, Vol. 34 No. 3, pp. 1113-1134, 2018.
  10. Bybordiani, M. and Arici, Y. “Structure-soil-structure interaction of adjacent buildings subjected to seismic loading”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 48, pp. 731-748, 2019.
  11. Ngo VL, Kim JM, Chang SH, Lee C. “Effect of height ratio and mass ratio on structure-soil-structure interaction of two structures using centrifugal experiment”, Applied Sciences, Vol. 9, 536-561, 2019.
  12. ASCE, “Seismic rehabilitation of existing buildings, ASCE Standard ASCE/SEI 41-06”, American Society of Civil Engineers, Reston, Virginia, 2007.
  13. Document 360. “Instructions  for  Seismic Strengthening of Existing Buildings”, Office for Technical Affairs, Criteria Development and Reduction of Earthquake Vulnerability, Tehran, Iran, 2005.
  1. Wolf, J. P., Soil-Structure-Interaction Analysis in Time Domain, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, 1988.
  2. Asghari, A., Modal analysis method for linear structures located on fixed and flexible bases, MSc thesis, Isfahan University of Technology, 2005.