مطالعه عددی اندرکنش گسلش- آبرفت - قاب ساختمانی دو دهانه

نوع مقاله : Articles

نویسندگان

1 پژوهشکده مهندسی ژئوتکنیک، پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران

2 پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران

3 پژوهشکده مدیریت خطرپذیری و بحران، پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران

چکیده

در بیشتر مطالعات مربوط به اندرکنش گسلش- خاک- فونداسیون- سازه، تنها فونداسیون مدل شده و اثر سازه با روشهایی مانند سختی معادل یا اضافه نمودن سربار معادل آن در مدلسازی­ها دیده شده و از مدلسازی مستقیم سازه در مدل­های آزمایشگاهی و عددی خودداری شده است. لذا به نظر می­رسد مدلسازی مستقیم سازه بتواند درک بهتری از تاثیر حضور سازه- فونداسیون بر نحوه انتشار گسلش سطحی1 و همچنین بر نحوه عملکرد اعضاء مختلف سازه در حین گسلش را امکان پذیر سازد. در این تحقیق مدلسازی عددی دوبعدیِ سازه- فونداسیون- آبرفت با اعمال گسلش سطحی معکوس به صورت شبه­استاتیکی، در حالت قابهای دو دهانه دارای پی­نواری با تعداد طبقات 3 و 7، با استفاده از روش اجزاء محدود و نرم افزار آباکوس انجام شده و تاثیر عواملی نظیر موقعیت قرارگیری سازه، تعداد طبقات و ضخامت فونداسیون در این پدیده اندرکنشی به صورت پارامتریک مورد مطالعه و بررسی قرارگرفته است. بر این اساس بحرانی­ترین موقعیت قرارگیری، برای حالتی است که سازه برروی فرادیواره و در فاصله 15 تا 25 متری از محل رخنمون گسلش میدان آزاد2 قرار می­گیرد. تاثیر افزایش تعداد طبقات (افزایش­سربار) از نظر تغییرشکل­های ایجادشده در سازه در مواجهه با پدیده گسلش در حالت­های مختلف قرارگیری سازه متفاوت می­باشد، اما از نظر تغییراتِ نیروهایِ داخلیِ اعضا سازه­ای، افزایش تعداد طبقات باعث ایجاد مقادیر نیروی برشی و لنگر خمشی بزرگتری در­طول تیر طبقات و فونداسیون سازه­ها در اثر اعمال گسلش می­شود. افزایش ضخامت فونداسیون نیز باعث کاهش مقادیر نیروی برشی و لنگر خمشی ایجاد شده در اعضای سازه­ای نظیرتیرها در اثر اعمال گسلش می­گردد، در نتیجه می­تواند به عنوان یک راهکار مناسب در جهت عملکرد بهتر سازه در مواجهه با پدیده اندرکنشی سیستم کوپل، مورد توجه قرارگیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Study on the Surface Fault Rupture Interaction with Soil Deposits and 2-Span Structural Frames

نویسندگان [English]

  • Mohammad Davoodi 1
  • Mehdi Soleimani 2
  • Mohammad Kazem Jafari 3
1 Geotechnical Engineering Research Center, International Institute of Earthquake Engineering and Seismology (IIEES), Tehran, Iran
2 Geotechnical Engineering Research Center, International Institute of Earthquake Engineering and Seismology (IIEES), Tehran, Iran
3 Earthquake Risk Management Research Center, International Institute of Earthquake Engineering and Seismology (IIEES), Tehran, Iran
چکیده [English]

In most studies of faulting-soil-foundation-structural interaction, the structural effects is considered by modeling the equivalent hardness or adding equivalent overload to the foundation. Consequently, direct modeling of the structure is avoided in laboratory and numerical models. Based on the above-mentioned remarks, direct modeling of the structure seems to allow a better understanding of the structure-foundation effect on the distribution of surface fault rupture. In the current study, a 2D finite element numerical modeling of structure-foundation-alluvium interaction has been made by applying reverse surface faulting. The structures are modeled as two span frames with 3 and 7 floors with strip foundation. The effects of different factors on the interaction phenomenon including: location of the structure (Table 1), number of floors and foundation thickness have been studied parametrically. The results of the parametric studies indicated that the most critical situation of the structures occurs when it is located on the hanging wall with a 15 to 25 meters far from the free field fault outcrop. Related to the structural location, the effect of increasing floor number on structural deformation is not unique. Nevertheless, this phenomenon increases the internal forces of structural members. In fact during surface fault ruptures, greater amounts of shear forces and bending moments was created along the beam floors and foundation structures by incasing the floor numbers. Furthermore, increasing the foundation thickness reduces the induced shear forces and moments of the structural members. Consequently, it is recommended to use the foundations with a high thickness for improving the structural performance against surface fault ruptures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Surface Fault Ruptures Reverse Fault
  • Finite element
  • Rupture- Soil-Structure Interaction
  1. Anastasopoulos, I. and Gazetas, G. (2007a) Foundation structure systems over a rupturing normal fault: part I. Observations after the Kocaeli 1999 earthquake. Bulletin of the Earthquake Engineering, 5(3), 253-275.
  2. Faccioli, E., Anastasopoulos, I., Gazetas, G., Callerio, A. and Paolucci, R. (2008) Fault rupture–foundation interaction: selected case histories. Bulletin of Earthquake Engineering, 6(4), 557-583.
  3. Anastasopoulos, I. and Gazetas, G. (2007b) Foundation structure systems over a rupturing normal fault: part II. analysis of the Kocaeli case histories. Bulletin of the Earthquake Engineering, 5(3), 277-301.
  4. Bransby MF, Davies MCR, Nahas A and Nagaoka S (2008) Centrifuge Modelling of Reverse Fault–Foundation Interaction. Bulletin of Earthquake Engineering, 6(4), 607-628.
  5. Moosavi, S.M. (2010). Engineering Measures Seeking to Build Buildings in Dip-Slip Fault Zones Active. Ph.D. Dissertation, University of Iran, International Institute of Earthquake Engineering and Seismology (in Persian).
  6. Anastasopoulos, I., Gazetas, G., Bransby, M.F., Davies, M.C.R. and El Nahas, A. (2007) Fault Rupture Propagation through Sand: Finite-Element Analysis and Validation through Centrifuge Experiments. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, 133(8), 943-958.
  7. Yilmaz, M.T. and Paolucci, R. (2007) Earthquake Fault Rrupture- Shallow Foundation Interaction in Undrained Soils: a Simplified Analytical Approach. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 36(1), 101-118.
  8. Loukidis, D., Bouckovalas, G.D. and Papadimitriou, A.G. (2009) Analysis of Fault Rupture Propagation Through Uniform Soil Cover. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 29(11), 1389-1404.
  9. Gazetas, G., Pecker, A., Faccioli, E., Paolucci, R., and Anastasopoulos, I. (2008) Preliminary Design Recommendations for Dip-Slip Fault–Foundation Interaction. Bulletin of Earthquake Engineering, 6(4), 677-687.
  10. Fadaee, M. (2013) Proposing Geotechnical Solution to Reduce Reverse Fault Rupture Hazard by Physical and Numerical Modeling. Ph.D. Dissertation, University of Iran, International Institute of Earthquake Engineering and Seismology (in Persian).
  11. Anastasopoulos, I., Callerio, A., Bransby, M.F., Davies, M.C.R., El Nahas A, Faccioli E and Rossignol E (2008) Numerical Analyses of Fault–Foundation Interaction. Bulletin of Earthquake Engineering, 6(4), 645-675.
  12. Hashemi, K. (2012) 3D Experimental and Numerical Analysis of Fault Rupture-Soil-Foundation-Structure Interaction. M.Sc. Thesis, National Technical University of Athens.
  13. Salajegheh, A., Davoodi, M., Jafari, M.K., Fadaee, M. (2015) Validation of numerical modeling of surface fault-structure interaction. 7th International Conference on Seismology & Earthquake engineering (in Persian).