19427

۱۹۴۲۷

اثر فركانس سازه بر پاسخ لرزه‌اي پي - شمع با استفاده از مدلسازي آزمايشگاهي و عددي

دكتري

خاك و پي

۱۳۹۱

۱۳۹۷/۳/۲۹

دكتر محمد حسن بازيار

دكتر عليرضا سعيدي عزيزكندي

عمران

سيستم پي - شمع، با بهره‌گيري از ظرفيت باربري پي سطحي در تماس با خاك، علاوه بر نقش شمع‌ها در انتقال بار و نيز كاهش نشست، بعنوان يك سيستم اقتصادي و كارا شناخته شده است. در مناطق لرزه‌خيز سازه واقع بر سيستم پي - شمع، تحت بار ديناميكي منجر به توليد نيروي اينرسي زياد در شالوده مي‌گردد و در نتيجه لنگرهاي بزرگي در محدوده سر شمع متصل به پي- سطحي را باعث مي‌شود. ترك و تمركز تنش محوري در محل اتصال شمع‌ها و پي سطحي عمده مشكل اجرايي اينگونه پي‌هاي شمعي است. از اينرو سيستم پي - شمع منفصل در مناطق زلزله‌خيز جهت رفع اين مشكل و استفاده از شمع‌ها بعنوان مسلح كننده خاك ارائه شده است. با اين وجود جابه‌جايي‌هاي افقي بزرگ در پي ناشي از نيروهاي افقي نگراني عمده اين سيستم مي‌باشد. در پژوهش حاضر جهت بررسي تاثير فركانس سازه و مشخصات تحريك ديناميكي ناشي از زلزله بر رفتار سيستم پي - شمع در خاك ماسه‌اي خشك، مطالعات آزمايشگاهي و شبيه‌سازي عددي انجام شده است. جهت اعتبارسنجي مدل عددي نتايج شبيه‌سازي با نرم‌افزار المان محدود آباكوس سه بعدي با نتايج مدلسازي فيزيكي به كمك دستگاه سانتريفيوژ مقايسه شد و در ادامه تاثير پارامترهايي چون مشخصات فيزيكي سيستم پي - شمع و خاك بر پاسخ ديناميكي سيستم مورد مطالعه قرار گرفت. بر اساس نتايج بدست آمده، فركانس سازه مدل شده بر سيستم پي - شمع مستقر بر خاك نسبت به فركانس طبيعي سازه با فرض گيرداري پايه‌ها، كاهش مي‌يابد و اين كاهش براي سازه‌هاي با فركانس بزرگتر و در تحريك با سطح شتاب بالاتر، بيشتر است. نتايج آزمايشگاهي نشان داد در شتاب بالا، بزرگترين پاسخ‌ها در سيستم در اثر اعمال تحريك ديناميكي با فركانس پايين اتفاق مي‌افتد. همچنين نشان داده شد وجود لايه مياني در سيستم پي - شمع منفصل و عدم انتقال مستقيم بار از سازه به شمع‌هاي مدفون در خاك ماسه‌اي، ممان در شمع‌ها به طور قابل توجهي كاهش مي‌يابد و تاثير نوع سازه بر پاسخ شمع قابل چشم‌پوشي است. از طرفي استفاده از لايه مياني مناسب مانع از جابه‌جايي افقي بزرگ براي پي سطحي و كاهش خطر لغزش مي‌شود. نتايج شبيه‌سازي عددي بيانگر آن است كه در سيستم پي - شمع متصل، بزرگترين پاسخ‌ها در تحريك با فركانسي برابر با فركانس كاهش يافته سازه، رخ مي‌دهد. همچنين نوع خاك، سختي پي سطحي، طول شمع پارامترهاي تاثيرگذار بر ممان خمشي در طول شمع مي‌باشد. حال آنكه جنس لايه‌هاي خاك علاوه بر مشخصات سازه، عوامل تاثيرگذار بر مقدار جابه‌جايي افقي در سيستم پي - شمع منفصل هستند.

1397/07/09

The Effect of Super-Structure Frequency on the Seismic Piled Raft System; Using Physical and Numerical Modeling

10/1/2018 12:00:00 AM

Due to the contribution of rafts in bearing capacity and the role of piles in the load transfering and reduction of settlements, connected piled raft (PR) foundation is known as an efficient system in seismic areas. Under dynamic loads, the super-structure on the piled raft system generates a large inertial force on the raft and high bending moment around pile heads. However, great stresses and cracks at pile heads are the main problem of this system performance. Therefore, the non-connected piled raft (NPR) system has been developed to solve this problem. In this case, the piles work as reinforcement of soft subsoils. However, the horizontal displacements of rafts due to lateral forces are the major concern to this system. In the present research, a series of the physical and numerical modeling are conducted to study the effect of super-structures frequency and excitation specifications on the response of the piled raft system in a dry sand bed. In order to validate the numerical modeling, the simulation results using 3-D finite element analysis are compared with the results obtained from physical modeling using centrifuge tests. Then, the effect of other parameters, such as physical characteristics ofpiled raft system and soil profiles on the dynamic response of the system are studied. Based on the results, the frequency of the super-structures modeled on the piled raft foundations are smaller than the natural frequency of the fixed-base super-structures. This reduction is more for super-structures with higher frequencies and this is greater under excitation with high acceleration levels. The physical modeling of PR system shows, at the high acceleration level, the dynamic excitation with low frequency leads to the highest responses of the system. The gap between piles and raft in NPR system avoids the complete transfer of the super-structure forces to the piles and then the bending moment along the pile significantly decreases. Therefore, in NPRS, the responses of piles are independent of the type of super-structure. In addition, the presence of proper cushion layer, beneath the raft, prevents the lateral movements of the raft and then the risk of horizontal displacement is reduced. The numerical simulation results indicate that in PR system, the largest responses are produced under the excitation with the same frequency, as the system frequency. Also, the soil type, stiffness of raft and pile length are the parameters affecting the bending moment along the piles, while the soil profile and the structural characteristics are the major factors affecting horizontal displacement in the NPR system.