بهسازی لرزه‌ای سیستم‌ خاک- سازه با رفتار گهواره‌ای غیر ارتجاعی به کمک دیواره‌های دیافراگمی نرم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری ژئوتکنیک، گروه مهندسی عمران، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد علوم و تحقیقات،دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

4 استادیار، پژوهشکده مهندسی ژئوتکنیک، پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران

چکیده

در طی دهه­ های اخیر نتایج مطالعات گوناگون نشان داده است که در نظرگیری امکان حرکات غیر الاستیک گهواره ­ای فونداسیون در طراحی ­ها می­ تواند باعث جلوگیری از تخریب­ جدی در سازه ­ها شود. هرچند یکی از نگرانی­ های بالقوه ­ای که در خصوص این رویکرد طراحی باید به آن توجه شود میزان بیشینه و نهایی نشست و دوران است. در این تحقیق با استفاده از روش عددی المان محدود به بررسی رفتار سیستم­ های گهواره­ای با در نظرگیری رفتار غیر الاستیک در بستر خاک پرداخته شده است. جهت بهبود عملکرد لرزه ­ای فونداسیون­ه ای گهواره­ ای روش ­های مختلف بهسازی بر اساس ضریب اطمینان فونداسیون در برابر بار قائم در نظر گرفته شده است. در خصوص فونداسیون­ هایی با ضریب اطمینان بالا احتمال واژگونی سیستم بر اثر حرکت گهواره ­ای وجود دارد. از این روی در این تحقیق استفاده از دیواره­ هایی با سختی کم به‌عنوان جداکننده‌ه ای لرزه­ ای در نزدیکی فونداسیون­ ها پیشنهاد شده است. لازم به ذکر است فاصله دیواره‌های نرم با فونداسیون بر اساس نحوه توزیع تنش در خاک زیر فونداسیون و عدم اختلال در میزان ظرفیت باربری استاتیکی انتخاب شده است. نتایج به‌دست‌آمده بیانگر آن است که استفاده از دیواره ­های نرم با کاهش شدت زلزله­ های وارده بر سیستم گهواره ­ای باعث کاهش میزان بلندشدگی در فونداسیون می­ شود. بر این اساس می­ توان حاشیه اطمینان مناسبی را جهت جلوگیری از واژگونی سیستم ­های گهواره ­ای در برابر نیروهای لرزه ­ای شدید ایجاد نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


  1. Gazetas, G. and Apostolou, M. )2004( Non-linear soil-structure interaction: foundation uplifting and soil yielding. In 3rd Joint U.S. - Japan Workshop on Soil-Structure Interaction, 60-66, Menlo Park, CA.
  2. Gajan, S., Kutter, B.L., Phalen, J.D., Hutchinson, T.C., and Martin, G.R. (2005) Centrifuge modeling of load-deformation behavior of rocking shallow foundations. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 25(7-10), 773-83.
  3. Paolucci, R., Shirato, M., and Yilmaz, M.T. (2008) Seismic behaviour of shallow foundations: shaking table experiments vs numerical modelling. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 37(4), 577-95.
  4. Gajan, S. and Kutter, B.L. (2009) Contact Interface Model for Shallow Foundations Subjected to Combined Cyclic Loading. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 135(3), 407-19.
  5. Raychowdhury, P. and Hutchinson, T.C. (2009) Performance evaluation of a nonlinear winkler-based shallow foundation model using centrifuge test results. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 38(5), 679-98.
  6. Anastasopoulos, I., Gazetas, G., Loli, M., Apostolou, M., and Gerolymos, N. (2010) Soil failure can be used for seismic protection of structures. Bulletin of Earthquake Engineering, 8(2), 309-26.
  7. Gelagoti, F., Kourkoulis, R., Anastasopoulos, I., and Gazetas G. (2012) Rocking-isolated frame structures: margins of safety against toppling collapse and simplified design approach. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 32(1), 87-102.
  8. Deng, L. and Kutter, B.L. (2012) Characteriz-ation of rocking shallow foundations using centrifuge model tests. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 41(5), 1043-60.
  9. Anastasopoulos, I., Loli, M., Georgarakos, T., and Drosos, V. (2013) Shaking table testing of rocking-isolated bridge pier on sand. Journal of Earthquake Engineering, 17(1), 1-32.
  10. Gazetas, G. (2015) 4th ishihara lecture: soil-foundation-structure systems beyond conventional seismic failure thresholds. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 68, 23-39.
  11. Hakhamaneshi, M., Kutter, B.L., Moore, M., and Champion C. (2016) Validation of ASCE 41-13 modeling parameters and acceptance criteria for rocking shallow foundations. Earthquake Spectra, 32(2), 1121-40.
  12. Allmond, J.D. and Kutter, B.L. (2014) Design considerations for rocking foundations on unattached piles. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 140(10), 4014058.
  13. Kokkali, P., Abdoun, T., and Anastasopoulos, I. (2015) Centrifuge modeling of rocking foundations on improved soil. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 141(10), 4015041.
  14. Loli, M., Knappett, J.A., Brown, M.J., Anastasopoulos, I., and Gazetas, G. (2015) Centrifuge testing of a bridge pier on a rocking isolated foundation supported on unconnected piles. In 6th International Conference on Earth-quake Geotechnical Engineering, Christchurch, New Zealand.
  15. Liu, W. and Hutchinson, T.C. (2018) Numerical investigation of stone columns as a method for improving the performance of rocking foundation systems. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 106, 60-69.
  16. Xu, R. and Fattahi, B. (2018) Influence of geotextile arrangement on seismic performance of mid-rise buildings subjected to MCE shaking. Geotextiles and Geomembranes, https://doi.org/10. 1016/j.geotexmem.2018.04.004.
  17. Sharifzadeh Asli, M., Mir Mohammad Hosseini, S.M., and Jahanirad A. (2018) Effect of soil reinforcement on rocking isolation potential of high-rise bridge foundations. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, https://doi.org/10.1016/ j.soildyn.2018.07.035.
  18. Sadjadi, M., Fadaee, M., Ghannad, M.A., and Jahankhah, H. (2019) Numerical study of stiff diaphragm walls used to improve the performance of rocking foundation systems. Journal of Earthquake Engineering, https://doi.org/10.1080/ 13632469.2019.1631233.
  19. Anastasopoulos, I., Gelagoti, F., Kourkoulis, R., and Gazetas, G. (2011) Simplified constitutive model for simulation of cyclic response of shallow foundations: validation against laboratory tests. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 137(12), 1154-68.
  20. Armstrong, P.J. and Frederick, C.O. (1966) A mathematical representation of the multiaxial bauschinger effect. CEGB Rep. No. RD/B/N 731.
  21. Gerolymos, N., Gazetas, G., and Tazoh, T. (2005) Seismic response of yielding pile in non-linear soil. 1st Greece-Japan Workshop, Seismic Design, Observation, and Retrofit of Foundations, National Technical University of Athens, Athens, Greece, 25-36.
  22. Hakhamaneshi, M., Kutter, B.L., Deng, L., Hutchinson, T.C., and Liu, W. )2012( New findings from centrifuge modeling of rocking shallow foundations in clayey ground. In GeoCongress 2012, 195-204.
  23. Ishibashi, I. and Zhang, X. (1993) Unified dynamic shear moduli and damping patios of sand and Soils Found, 33, 182-191. https://doi.org/ 10.3208/sandf1972.33.182.
  24. Jeremić, B., Jie, G., Preisig, M., and Tafazzoli, N. )2009( Time domain simulation of soil-foundation-structure interaction in non-uniform soils. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, https://doi.org/10.1002/eqe.896.
  25. Luzhen, J., Jun, Ch., and Jie, L. (2010) Seismic response of underground utility tunnels: shaking table testing and FEM analysis. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, https:// doi.org/10.1007/s11803-010-0037-x.
  26. Zienkiewicz, O.C., Bicanic, N., and Shen, F.Q. (1989) Earthquake input definition and the trasmitting boundary conditions. Advances in Computational Nonlinear Mechanics, Error! Hyperlink reference not valid..
  27. Kutter, B.L. )1995( Recent advances in centrifuge modeling of seismic shaking. of the Third International Conference on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics.
  28. Kirtas, E. and Pitilakis, K. (2012) Subsoil interventions effect on structural seismic response. part II: parametric investigation. Journal of Earthquake Engineering, http://dx.doi.org/10.1080/ 13632460802347471.
  29. Fadaee, M., Ezzatyazdi, P., Anastasopoulos, I., and Gazetas, G. (2016) Mitigation of reverse faulting deformation using a soil bentonite wall: dimensional analysis, parametric study, design implications. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, http://dx.doi.org/10.1016/j.soildyn. 2016.04.007.