نشریه مهندسی عمران امیرکبیر

نشریه مهندسی عمران امیرکبیر

بررسی آزمایشگاهی رفتار پی‌های حلقوی مستقر بر مصالح دانه‌ای تحت بارگذاری ترکیبی قائم، افقی و لنگر خمشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران
چکیده
در بعضی از سازه‌ها مانند دکل‌های نفتی و توربین‌های بادی باتوجه به نوع کاربری، پی سازه تحت بارگذاری ترکیبی بار قائم، بار افقی و لنگر خمشی (V-H-M) قرار می‌گیرد. در این پژوهش بااستفاده از مدل‌سازی آزمایشگاهی، رفتار پی‌های حلقوی به‌عنوان نوعی ویژه از پی‌های دایره‌ای تحت بارگذاری ترکیبی (V-H-M) واقع بر خاک ماسه‌ای مورد بررسی قرار گرفته‌است. در این راستا با انجام صد آزمایش در شش مسیر بارگذاری متفاوت اثر نسبت قطر 0/2، 0/4، 0/6 و نیز پی دایره‌ای (نسبت قطر صفر) بر ظرفیت باربری در مسیرهای مختلف بارگذاری ارزیابی گردید؛ سپس براساس نمودارهای بار- نشست، نقاط گسیختگی تعیین شد و بااستفاده از مجموعه‌ی این نقاط، پوش گسیختگی در فضاهای بار قائم-بار افقی، بار قائم-لنگر خمشی و لنگر خمشی-بار افقی رسم گردید. این پوش در فضای V-H و V–M/B از یک منحنی درجه دوم تبعیت می‌کند که بیشینه‌ی آن وابسته به نسبت قطر می‌باشد. درادامه بااستفاده از پوش‌های گسیختگی ترسیمی در فضای دوبعدی، معادلات پوش‌های گسیختگی و ضرایب مربوط تعیین گردید. بررسی نتایج نشان ‌داد استفاده از پی‌های حلقوی با نسبت قطر 0/2 تا 0/4 هنگامی‌که تحت بارگذاری خارج محور یا مایل یا هردو قرار دارد دارای بازدهی بیشتری نسبت به سایر حالات است. 
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

An experimental investigation of ring footings resting on granular material subject to combined V-H-M loading

نویسندگان English

amir houshang sadeghi fazel
Jafar Bolouri Bazaz
civil engineering dept, faculty of engineering, ferdowsi university of mashhad
چکیده English

In some structures, such as oil platforms and wind turbines, depending on the type of utilization, the footing is subjected to combined vertical load, horizontal load, and bending moment (V-H-M). In this study, the behavior of the ring footings resting on sand subjected to combined V-H-M loading is experimentally investigated by conducting 100 tests using six load paths. Three values for the diameter ratio of the ring footing models are assumed, including n=0.2, 0.4, and 0.6, along with a circular foundation (n=0). The failure points were determined, on the basis of load-settlement diagrams, and by using the set of these points, the failure envelope was plotted in the vertical load-horizontal load, vertical load-bending moment, and horizontal-bending moment spaces. This failure envelope follows a parabolic curve in V-H and V-M/B spaces. The results indicate a parabolic curve for the failure envelope in V-H and V-M/B spaces which is dependent upon the diameter ratio. Moreover, the most efficient of a ring footing during eccentric or inclined loading takes place when n is within a range from 0.2 to 0.4.

کلیدواژه‌ها English

Experimental Modeling
Ring Footing
Combined Loading
Sandy Soil
Rupture Surface
[1] K.E. Egorov, Calculation of bed for foundation with ring footing, in: Proceeding International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, University of Toronto Press, Toronto, 1965, pp. 41-45.
[2] A.-S. H.A, I. N.F, R.P. Brenner, Settlement of circular and ring plates in very dense calcareous sands, Journal of Geotechnical Engineering 119(4) (1993).
[3] N. Hataf, M.R. Razavi, Model tests and finite element analysis of bearing capacity of ring footings on oose sand, IRANIAN JOURNAL OF SCIENCE AND TECHNOLOGY TRANSACTION B- ENGINEERING, 27(B1) (2003) 0-0.
[4] J.H. Boushehrian, N. Hataf, Experimental and numerical investigation of the bearing capacity of model circular and ring footings on reinforced sand, Geotextiles and Geomembranes, 21(4) 256-241 (2003).
[5] A.M. Karaulov, Static solution of the limiting-pressure problem for ring foundations on soil beds, Soil mechanics and foundation engineering, 42(6) (2005).
[6] J. Kumar, P. Ghosh, Bearing capacity factor Nγ for ring footings using the method of characteristics, Canadian Geotechnical Journal, 42(5) (2005) 1474-1484.
[7] M.E. Sawwaf, A. Nazir, Behavior of eccentrically loaded small scale ring footings resting on reinforced layered soil, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 138(3) (2012).
[8] D. A., O. M., L. M., Y. A., Analysis of Ring Footing using Field Test Result, Geotechnical Testing Journal, 35(4) (2012) 575-586.
[9] O. Sargazi, E. Seyedi Hosseininia, Bearing capacity of ring footings on cohesionless soil under eccentric load, Computers and Geotechnics, 92 (2017) 169-178.
[10] G.G. Meyerhof, Some Recent Research on the Bearing Capacity of Foundations, Canadian Geotechnical Journal, 1(1) (1963) 16-26.
[11] J.B. Hansen, A revised and extended formula for bearing capacity Danish Geotechnical Institute, 28 (1970).
[12] R. Butterfield, J. Ticof, The use of physical models in design. Discussion, Proc. 7Th Eur. Con& Soil Mech, 4 (1979) 259-261.
[13] M. Georgiadis, R. Butterfield, Displacements of footings on sand under eccentric and inclined loads, Canadian Geotechnical Journal, 25(2) (1988) 199-212.
[14] R. Nova, L. Montrasio, Settlements of shallow foundations on sand, Géotechnique, 41(2) (1991) 243-256.
[15] G. Gottardi ,R. Butterfield, On the bearing capacity of surface footings on sand under general planar loads, Soils and foundations, 33(3) (1993) 68-79.
[16] G. Gottardi ,R. Butterfield, The displacements of a model rigid surface footing on dense sand under general planar loading, Soils and foundations, 35(3) (1995) 71-82.
[17] G. Gottardi, G.T. Houlsby, R. Butterfield, Plastic response of circular footings on sand under general planar loading, Géotechnique, 49(4) (1999) 453-469.
[18] B. Bienen , B. W. Byrne , G. T. Houlsby, M. J.Cassidy, Investigating six-degree-of-freedom loading of shallow foundations on sand, Ge´otechnique 56(6) (2006) 367–379.
[19] G.T. Houlsby, M.J. Cassidy, A plasticity model for the behaviour of footings on sand under combined loading, Géotechnique, 52(2) (2002) 117-129.
[20] M.J. Cassidy, B.W. Byrne, G.T. Houlsby, Modelling the behaviour of circular footings under combined loading on loose carbonate sand, Géotechnique, 52(10) (2002) 705-712.
[21] H. A. Taiebat, J. P. Carter, A failure surface for circular footings on cohesive soils, Ge´otechnique 60(4) (2010) 265–273.
[22] C. Vulpe, B. Bienen, C. Gaudin, Predicting the undrained capacity of skirted spudcans under combined loading, Ocean Engineering 74 (2013) 178–188.
[23] Z. Shen, X. Feng, S. Gourvenec, Undrained capacity of surface foundations with zero-tension interface under planar V-H-M loading, Computers and Geotechnics 73 (2016) 47–57.
[24] S. Gourvenec, Shape effects on the capacity of rectangular footings under general loading, Géotechnique, 57(8) (2007) 637-646.
[25] C. Vulpe, S. Gourvenec, M. Power, A generalised failure envelope for undrained capacity of circular shallow foundations under general loading, Géotechnique Letters, 4(3) (2014) 187-196.
[26] P. Rao, Y. Liu, J. Cui, Bearing capacity of strip footings on two-layered clay under combined loading, Computers and Geotechnics, 69 (2015) 210-218.
[27] C. Tang, K.-K. Phoon, K.-C. Toh, Effect of footing width on Nγ and failure envelope of eccentrically and obliquely loaded strip footings on sand, Canadian Geotechnical Journal, 52(6) (2014) 694-707.
[28] J. Tistel, G. Grimstad, G.R. Eiksund, A macro model for shallow foundations on granular soils describing non-linear foundation behavior, Computers & Structures,  (2017).
[29] ا. صادقی فاضل, ج. بلوری بزاز, بررسی آزمایشگاهی تاثیر حالت بارگذاری بر رفتار پی های سطحی واقع بر خاک ماسه ای, نشریه مهندسی عمران امیرکبیر,  (2019) .
[30] S. Benmebarek, M.S. Remadna, N. Benmebarek, L. Belounar, Numerical evaluation of the bearing capacity factor Nγ′ of ring footings, Computers and Geotechnics, 44 (2012) 132-138.
[31] E. Seyedi Hosseininia, Bearing Capacity Factors of Ring Footings, Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 40 (2016).
[32] Jumikis, A. R. Theoretical soil mechanics, Van Nostrand Reinhold company,Canada (1969).