مطالعه پارامتری اندرکنش سینماتیکی شمع-خاک چسبنده تحت بار دینامیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 Azadi Ave, Dept of Civil Eng

2 دانشجوی دکترای خاک و پی - دانشکده مهندسی عمران- دانشگاه صنعتی شریف- تهران- ایران

3 دانشجوی دکترای خاک و پی- دانشکده مهندسی عمران- دانشگاه صنعتی شریف- تهران- ایران

چکیده

سیستم­‌های فونداسیون شمع بطور گسترده‌­ای جهت پایداری سازه‌­های در معرض بار لرزه‌­ای مورد استفاده قرار می­‌گیرند. تعداد زیادی از سازه­‌ها و شالوده­‌ها در سیستم سازه - خاک - شمع هنگامی که در معرض بار لرزه­ای قرار گرفته تخریب شده‌­اند. به دلیل پیچیدگی‌­های موجود در مسائل اندرکنش خاک - شمع و همچنین فقدان روش­‌های دقیق، استفاده از روش­‌های عددی جهت تحلیل مسائل اندرکنش خاک - شمع ضروری است. در سیستم خاک - شمع تحت بارگذاری دینامیکی، پاسخ دینامیکی شمع وابسته به عوامل متعددی است. این عوامل را می‌توان به سه دسته اصلی شامل پارامترهای هندسی، مشخصات مصالح و نیز ویژگی‌های بارگذاری طبقه‌بندی نمود. بررسی تأثیر هر یک از عوامل فوق در پاسخ دینامیکی شمع، می‌تواند مهندسین را در طراحی بهتر یاری نماید. هدف تحقیق حاضر بررسی تأثیر این عوامل برروی پاسخ دینامیکی شمع منفرد مدفون در خاک رسی با استفاده از نرم‌افزار تفاضل محدود FLAC3D است. یکی از مهم‌ترین و تأثیرگذارترین موضوعات در مدل­‌سازی عددی پاسخ دینامیکی سیستم شمع - خاک مدل رفتاری درنظر ­گرفته شده برای خاک است. در این مقاله از یک مدل رفتاری نرم­‌شونده برای مدل­‌سازی رفتار خاک تحت بارگذاری دینامیکی استفاده شده است. تحریک اعمال شده به مدل، به صورت هارمونیک سینوسی بوده که به شکل تاریخچه زمانی شتاب به کف مدل اعمال شده است. پس از اعتبارسنجی مدل به بررسی تأثیر پارامترهای مختلف بر رفتار دینامیکی شمع پرداخته شده و ممان خمشی و جابه‌‎‏جایی­‌های ایجاد شده در شمع ارائه شده و نتایج تفسیر گشته‌اند. نتایج بدست آمده از این مقاله نشان می‌­دهد که مقدار ضریب اندرکنش سینماتیکی به خصوصیات بارگذاری وارده بستگی داشته و همچنین در فرکانس‌­های بالا پاسخ سرشمع نسبت به پاسخ میدان آزاد، مقادیر کم­تری دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Parametric Study of Kinematic Interaction in Pile-Cohesive Soil under Dynamic Loads

نویسندگان [English]

  • Mohammad Mehdi Ahmadi 1
  • Mohammad Javad Mashin chian 2
  • Sadjad Hadei 3
1 Department of Civil Engineering, Sharif University of Technology, Tehran,Iran
2 Ph.D Candidate in Geotechnical Engineering, Faculty of Civil Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran.
3 Ph.D Candidate in Geotechnical Engineering, Faculty of Civil Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Pile foundations are widely used to ensure the stability of structures subjected to seismic excitation. Numerous structures and foundations in soil-pile-structure systems have been destroyed during the occurrence of earthquakes. Because of the complexities involved in soil-pile interaction problems and the lack of precise methods, it is necessary to use numerical methods for analyzing soil-pile interaction problems. Several factors are affecting the dynamic response of a pile in the soil-pile system. These factors can be divided into three main categories: geometrical factors, material properties, and load characteristics. Studying the effects and importance of these factors in the response of the pile will help geotechnical engineers to optimize their design. In this research, three-dimensional modeling has been developed using the FLAC3D computer program, and the effects of various soil and pile properties on the dynamic behavior of a single pile in clayey soils are evaluated. One of the most important subjects in the numerical modeling of soil-pile system dynamic response is the constitutive model considered for the soil. This strongly affects the accuracy of results. In this study, a softening model has been used for the behavior of the soil under dynamic loads. Sinusoidal harmonic loading has been applied to the model base as the acceleration time history, and the variations of bending moments, shear forces, and displacements along the pile are obtained for all analyses carried out in this study. The results showed that the kinematic interaction coefficient depends on the loading characteristics and in the high frequencies head pile response was lower than the free field.

کلیدواژه‌ها [English]

  • dynamic response
  • Single pile
  • Clayey Soil
  • Soil-pile interaction
  • Numerical Analysis
[1] Anandarajah, J. Zhang, Simplified finite element modeling of nonlinear dynamic pile-soil interaction, Retrieved February, 10 (2000) 2005.
[2] Y. Cai, P. Gould, C. Desai, Nonlinear analysis of 3D seismic interaction of soil–pile–structure systems and application, Engineering Structures, 22(2) (2000) 191-199.
[3] B.K. Maheshwari, K.Z. Truman, M.H.E. Naggar, P.L. Gould, Three-dimensional finite element nonlinear dynamic analysis of pile groups for lateral transient and seismic excitations, Canadian Geotechnical Journal, 41(1) (2004) 118-133.
[4] R.M.S. Maiorano, L. de Sanctis, S. Aversa, A. Mandolini, Kinematic response analysis of piled foundations under seismic excitation, Canadian Geotechnical Journal, 46(5) (2009) 571-584.
[5] F. Dezi, S. Carbonari, G. Leoni, Kinematic bending moments in pile foundations, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 30(3) (2010) 119-132.
[6] S. Sica, G. Mylonakis, A.L. Simonelli, Transient kinematic pile bending in two-layer soil, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 31(7) (2011) 891-905.
[7] S. Sica, G. Mylonakis, A.L. Simonelli, Strain effects on kinematic pile bending in layered soil, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 49 (2013) 231-242.
[8] F.H. Chehade, M. Sadek, D. Bachir, Numerical study of piles group under seismic loading in frictional soil - Inclination effect, Open Journal of Earthquake Research, 3(01) (2014) 15.
[9] A. Chidichimo, R. Cairo, G. Dente, C.A. Taylor, G. Mylonakis, 1-g experimental investigation of bi-layer soil response and kinematic pile bending, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 67 (2014) 219-232.
[10] F. Dezi, H. Poulos, Kinematic bending moments in square pile groups, International Journal of Geomechanics, 17(3) (2016) 04016066.
[11] A.S. Hokmabadi, B. Fatahi, Influence of foundation type on seismic performance of buildings considering soil–structure interaction, International Journal of Structural Stability and Dynamics, 16(08) (2016) 1550043.
[12] C. Tsai, D. Park, C. W. Chen, Selection of the optimal frequencies of viscous damping formulation in nonlinear time-domain site response analysis, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 67 (2014) 353-358.