مطالعه آزمایشگاهی عملکرد شمع انعطاف‌پذیر تحت بارگذاری جانبی سیکلی و پساسیکلی در خاک ماسه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی ، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

چکیده

رفتار جانبی شمع­ ها تحت بار سیکلی یکی از چالش برانگیزترین موضوعات در طراحی شمع است. تمرکز عمده تحقیقات انجام شده شمع صلب است و توجه کمی به رفتار شمع ­های انعطاف‌پذیر شده است. همچنین برخی پارامترهای تاثیرگذار بر عملکرد شمع تحت بارگذاری جانبی سیکلی کمتر بررسی شده است. در این پژوهش رفتار شمع انعطاف‌پذیر تحت بارگذاری جانبی سیکلی در خاک ما­سه­ ای به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور دستگاهی جهت بارگذاری سیکلی شمع طراحی و ساخته شده است که قابلیت اعمال انواع بارگذاری ­های مختلف سینوسی را دارد و با مجهز شدن به حسگرهای جابه‌جایی‌سنج و نیروسنج، مقادیر نیرو و جابه‌جایی در طی حرکت سیکلی قابل اندازه‌گیری است. پارامترهای موثر در بارگذاری سیکلی شامل فرکانس، دامنه بارگذاری، تعداد سیکل ­ها، جهت بارگذاری سیکلی و همچنین تراکم خاک مورد بررسی قرار گرفتند. به منظور ارزیابی اثر بارگذاری سیکلی بر ظرفیت باربری جانبی نهایی شمع، تعدادی آزمایش نیز در شرایط بارگذاری پساسیکلی انجام شده است. نتایج آزمایش ­ها نشان داد که تحت بارگذاری سیکلی یک طرفه و دو طرفه در طی 100 سیکل بارگذاری، سختی به صورت تدریجی افزایش می ­یابد در حالی که در شرایط بارگذاری یک طرفه بدون باربرداری کامل سختی ابتدا کاهش و سپس ثابت می­ ماند. افزایش فرکانس از Hz 0/1 به Hz 0/2 تاثیر قابل توجهی در افزایش ظرفیت باربری جانبی سیکلی دارد. تحت بارگذاری سیکلی یک طرفه، با افزایش دامنه بارگذاری، نیروی پسماند ایجاد شده در سر شمع افزایش می­ یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental investigation of flexible pile behavior under lateral cyclic and post cyclic loading in sandy soil

نویسندگان [English]

  • Roozbeh Owji
  • Ghassem Habibagahi
  • Mehdi Veiskarami
School of Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran
چکیده [English]

Lateral behavior of piles is one of the most challenging design issues. While previous studies have mainly focused on rigid piles, a little attention has been paid to flexible ones. In this study, the behavior of flexible piles under lateral cyclic loading is investigated by experimental tests. For this purpose, a device was designed and commissioned for cyclic loading tests which can generate different types of sinusoidal loads. Measurement was made on the load and displacements during the cyclic loading with a loadcell and Linear Variable Differential Transducer (LVDT). The role of key parameters in cyclic loading including such as the frequency, loading interval, number of cycles, cyclic loading direction and also soil density were investigated. Moreover, post-cyclic loading tests were performed to evaluate piles lateral bearing capacity. Experimental observations showed that under one-way and two-way loadings, the stiffness gradually increases during 100 cycles of loading while under one-way without a complete unloading process, the stiffness starts to decrease and then remains constant. Increasing the frequency from 0.1Hz to 0.2Hz has shown a significant effect in increasing the lateral cyclic resistance. Under one-way loading, the residual force at the pile head increases with increasing the cyclic loading interval.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pile
  • Cyclic loading
  • Lateral bearing capacity
  • Post cyclic
  • Frequency

مراجع

[1] S. Basack, Design recommendations for pile subjected to cyclic load, Marine Georesources & Geotechnology, 33(4) (2015) 356-360.
[2] A. Puech, J. Garnier, Design of piles under cyclic loading: SOLCYP recommendations, John Wiley & Sons, 2017.
[3] B.B. Broms, Design of laterally loaded piles, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, 91(3) (1965) 79-99.
[4] M. Som, S. Das, Theory and practice of foundation design, PHI Learning Pvt. Ltd., 2003.
[5] S. Basack, R. Purkayastha, Behaviour of single pile under lateral cyclic load in marine clay,  (2007).
[6] R. Api, Recommended practice for planning, designing and constructing fixed offshore platforms-working stress design, API RP A, 2 (2000).
[7] M. Arshad, B.C. O'Kelly, Development of a rig to study model pile behaviour under repeating lateral loads, International Journal of Physical Modelling in Geotechnics, 14(3) (2014) 54-66.
[8] S. Basack, S. Nimbalkar, Measured and predicted response of pile groups in soft clay subjected to cyclic lateral loading, International Journal of Geomechanics, 18(7) (2018) 04018073.
[9] J. Long, G. Vanneste, Effects of cyclic lateral loads on piles in sand, Journal of Geotechnical Engineering, 120(1) (1994) 225-244.
[10] C. LeBlanc, G. Houlsby, B. Byrne, Response of stiff piles in sand to long-term cyclic lateral loading, Géotechnique, 60(2) (2010) 79-90.
[11] D. Frick, M. Achmus, Model tests on the behaviour of monopiles under general cyclic lateral loading, in:  Proceedings of the 2nd International Conference onNatural Hazards & Infrastructure, accepted paper, 2019.
[12] S. Darvishi Alamouti, M. Moradi, M.R. Bahaari, Centrifuge modelling of monopiles subjected to lateral loading, Scientia Iranica, 26(6) (2019) 3109-3124.
[13] Y. Hong, B. He, L. Wang, Z. Wang, C.W.W. Ng, D. Mašín, Cyclic lateral response and failure mechanisms of semi-rigid pile in soft clay: centrifuge tests and numerical modelling, Canadian Geotechnical Journal, 54(6) (2017) 806-824.
[14] A. Faresghoshooni, S. Imam, A. Mahmoodi, Model Testing on the Effects of Section Geometry and Stiffness on the Cyclic Lateral Behavior of Piles in Loose Sand, International Journal of Civil Engineering, 19(5) (2021) 563-581.
[15] B. He, L. Wang, Y. Hong, Field testing of one-way and two-way cyclic lateral responses of single and jet-grouting reinforced piles in soft clay, Acta Geotechnica, 12(5) (2017) 1021-1034.
[16] W. Liao, J. Zhang, J. Wu, K. Yan, Response of flexible monopile in marine clay under cyclic lateral load, Ocean Engineering, 147 (2018) 89-106.
[17] Zhu, B., et al., Centrifuge modeling of monotonic and cyclic lateral behavior of monopiles in sand. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2021. 147(8): p. 04021058.
[18] Mondal, S. and M.M. Disfani, Battered minipile response to low-frequency cyclic lateral loading in very dense sand. ActaGeotechnica, 2022: p. 1-18.
[19] M. Ghayoomi, S. Ghadirianniari, A. Khosravi, M. Mirshekari, Seismic behavior of pile-supported systems in unsaturated sand, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 112 (2018) 162-173.
[20] A.Y. Purnama, N. Yasufuku, A. Rifa’i, Evaluation of fillermaterial behavior in pre-bored pile foundation system due to slow cyclic lateral loading in sandy soil, GEOMATE Journal, 16(58) (2019) 90-96.
[21] H. Poulos, Single pile response to laterally cyclic load, Journal of geotechnical engineering, ASCE, 108(3) (1982) 375-355
[22] D.M. Wood, A. Crewe, C. Taylor, Shaking table testing of geotechnical models, International Journal of Physical Modelling in Geotechnics, 2(1) (2002) 01-13.
[23] R.T. Klinkvort, Centrifuge modelling of drained lateral pile-soil response, Application for offshore wind turbine support structures, Department of Civil Engineering, Technical University of Denmark (DTU), Lyngby, Report R-271, (2012).
[24] M. Khari, K.A. Kassim, A. Adnan, An experimental study on pile spacing effects under lateral loading in sand, The Scientific World Journal, 2013 (2013).
[25]  H. Matlock, Correlation for design of laterally loaded piles in soft clay, in: Offshore technology conference, OnePetro, 1970.
[26] B.B. Broms, Lateral resistance of piles in cohesionless soils, Journal of the soil mechanics and foundations division, 90(3) (1964) 123-156.
[27] P. Cuéllar, P. Mira, M. Pastor, J.A.F. Merodo, M. Baeßler, W. Rücker, A numerical model for the transient analysis of offshore foundations under cyclic loading, Computers and Geotechnics, 59 (2014) 75-86.
[28] D. Frick, M. Achmus, An experimental study on the parameters affecting the cyclic lateral response of monopiles for offshore wind turbines in sand, Soils and Foundations, 60(6) (2020) 1570-1587.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 54، شماره 11
بهمن 1401
صفحه 4417-4432

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار