مطالعه تأثیر اندرکنش تونل و ساختمان بر پاسخ لرزه‌ای طبقات ساختمان با مدل‌سازی عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد ژئوتکنیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران

2 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران

3 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران

چکیده

در آیین‌نامه‌های طراحی ساختمان، در محاسبه نیروهای اعمالی به ساختمان، توجه‌ای به اثر اندرکنشی سازه‌های زیرزمینی و ساختمان و تأثیر آن بر تغییر نیروهای اعمالی بر ساختمان نشده است. لذا در مطالعه حاضر با استفاده از مدل‌سازی عددی توسط نرم‌افزار FLAC 2D به بررسی تأثیر اندر‌کنش تونل و ساختمان بر پاسخ لرزه‌ای طبقات ساختمان پرداخته شده است تا در زمینه طراحی ساختمان، ارزیابی از نیروهای اعمالی لرزه‌ای بر ساختمان دقیق شود. جهت انجام این مطالعه در ابتدا مدل در حالت وجود ساختمان به تنهایی (SF) تحت تحریک امواج هارمونیک برشی درون صفحه و امواج واقعی زلزله قرار گرفت. پس از آن با اضافه کردن تونل به مدل (STF) سیستم تحت تحریک قرار گرفت. در نهایت با قیاس نتایج ماکزیمم شتاب طبقات ساختمان در حالت STF به SF تأثیر اندرکنش تونل و ساختمان بر شتاب طبقات مورد مطالعه قرار گرفته است. با توجه به مطالعه انجام شده، با تغییر فاصله محوری تونل از ساختمان تأثیر منفی تونل بر پاسخ شتاب طبقات در فرکانس‌های پایین به علت ایجاد بزرگ‌نمایی و تأثیر مثبت تونل در فرکانس‌های بالا بر پاسخ شتاب طبقات به علت ایجاد کوچک‌نمایی مشاهده شد. تغییر امواج واقعی زلزله و سرعت موج ‌برشی خاک می‌تواند پاسخ شتاب طبقات را با بزرگ‌نمایی و یا کوچک‌نمایی مواجه کند. در قیاس بین امواج واقعی زلزله و امواج هارمونیک هم فرکانس با فرکانس غالب موج اعمالی، در اکثر زلزله‌ها امواج هارمونیک بزرگ‌نمایی بیشتری را در پاسخ شتاب طبقات ایجاد کرده‌اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of Tunnel and Building Interaction on the Seismic Response of Building by Numerical Modeling

نویسندگان [English]

  • Arash Sarvi 1
  • Masoud Rabeti Moghadam 2
  • Mansour Parvizi 2
  • Ali Alipour Mansourkhani 3
1 Geotechnical MSc Student, Yasouj University, Department of Civil Engineering, Yasouj, Iran
2 Engineering Faculty, Yasouj University, Yasuj, Iran
3 Assistant Professor, PhD in Structural Engineering, Yasouj University, Yasouj, Iran
چکیده [English]

In building design codes, no attention has been paid to the interaction effect of underground structures and building, which can change the amount of applied forces on the building. In the present study, by using numerical modeling with FLAC 2D software, the effect of tunnel and building interaction on the seismic response of building stories has been investigated in order to have more accurate assessments of seismic forces on the building when we want to design it. In this study, the model was first stimulated in the case of the presence of building alone (SF model) by harmonic shear SV waves and the real earthquake waves. Then, by adding a tunnel to the model (STF model), the system was analyzed. By comparing the result of the maximum acceleration of buildings floors in the case of STF to the SF model, the effect of tunnel and building interaction on stories acceleration have been investigated. In low frequencies, the negative effect of the tunnel on the acceleration response of the building stories was observed. In high frequencies, the positive effect of the tunnel on the acceleration of the stories was observed. It was also concluded that the harmonic waves with the frequency equal to the dominant frequency of the real motions applied to the models, have created more amplification in the acceleration response of buildings.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Interaction
  • Tunnel
  • Building
  • Seismic Response
  • Numerical Modeling
  • FLAC 2D
 [1] Pitilakis, K.,Tsinidis, G., Leanza, A., and Maugeri, M. Seismic behavior of circular tunnels accounting for above ground structures interaction effects. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 67, 2014, 1–15.
 [2] Zhou, Z., and Hu, H. Seismic response of building structure near tunnel. Matec Web of Conferences, 95, 2017, 03012.
[3] Wang, G., Yuan, M., Miao, Y., Wu, J., and Wang, Y. Experimental study on seismic response of underground tunnel-soil-surface structure interaction system. Tunneling and Underground Space Technology, 76, 2018, 145–159.
[4] Abate, G., and Massimino, M. R. Numerical modeling of the seismic response of   a tunnel–soil–aboveground building system in Catania (Italy). Bulletin of Earthquake Engineering, 15 (1), 2016, 469–491.
[5] Wang, G., Yuan, M., Ma, X., and Wu, J. Numerical study on the seismic response of the underground subway station- surrounding soil mass-ground adjacent building system. Frontiers of Structural and Civil Engineering, 11(4), 2017, 424–435.
[6] Heama, N., Jongpradist, P., Lueprasert, P., and Suwansawat, S. Investigation on pile-soil-tunnel interaction due to adjacent loaded pile row by 3D FEM. MATEC Web of Conferences, 192, 2018, 02051.
[7] Rostami, A., Moghadam, A. S., Hosseini, M., and Asghari, N. Evaluation of Formation of Plastic Hinge and Seismic Behavior of Steel Structures Due to Soil - Structure - Tunnel Interaction. Journal of Earthquake and Tsunami, 14(3) ,2019, 2050014.
[8] Shoja, E. and Alielahi, H. An Investigation of the Seismic Interaction of Surface Foundations and Underground Cavities Using Finite Element Method. International Journal of Engineering, 33, 2020, 1721-1730.
[9] Mayoral, J. M., and Mosqueda, G. Seismic interaction of tunnel-building systems on soft clay. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 139, 2020, 106419.
[10] Mirhabibi, A., Soroush, A. Three-Dimensional Simulation of Interaction Between Surface Buildings and Twin Tunnelling Regarding the Surface Settlement. Geotech Geol Eng, 38, 2020, 5143–5166.
[11] Miao, Y., Zhong, Y., Ruan, B., Cheng, K., and Wang, G. Seismic response of a subway station in soft soil considering the structure-soil-structure interaction. Tunnelling and Underground Space Technology, 106, 2020, 103629.
[12] Xu, J., Franza, A., Marshall, A. M., Losacco, N., and Boldini, D. Tunnel-framed building interaction: comparison between raft and separate footing foundations. Geotechnique, 2020, 1–38.
[13] Li, W., and Chen, Q. Seismic damage evaluation of an entire underground subway system in dense urban areas by 3D FE simulation. Tunnelling and Underground Space Technology, 99, 2020, 103351.
[14] Yeganeh, N., Bolouri-Bazaz, J., Akhtarpour, A. Seismic analysis of the soil-structure interaction for a high rise building adjacent to deep excavation. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 79, 2015, 149-170.
[15] Alielahi, M., Ramazani, M. Evaluation of Earthquake Magnification Pattern in Buildings Located on Boxed Underground Structures Journal of Earthquake Engineering, pp, 2016, 1-3. (in Persian(
[16] Rabeti Moghadam, M., and Baziar, M. H. Seismic ground motion amplification pattern induced by a subway tunnel: Shaking table testing and numerical simulation. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 83, 2016, 81–97.
[17] Yiouta-Mitra, P., Kouretzis, G., Bouckovalas, G., and Sofianos, A. Effect of underground structures in earthquake resistant design of surface structures. In Dynamic Response and Soil Properties, 2007, 1-10.‏