ارزیابی پاسخ دینامیکی سازه های بلند با توجه به مدلسازی دقیق اثرات اندرکنش خاک-پی-سازه و مقایسه آن با روش های تقریبی

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

2 کارشناسی ارشد مهندسی ژئوتکنیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

چکیده

در بسیاری از تحلیل های دینامیکی به علت نامحدود بودن محیط و پیچیدگی های رفتاری، خاک مدل نمی شود و از اثرات مهم آن صرفنظر می شود حال آنکه هنگام وقوع زلزله، رفتار خاک زیر سازه نقش مهمی در پاسخ سازه ایفا می کند. در واقع محیط خاک زیرین سازه ها و پدیده اندرکنش خاک و سازه در هنگام وقوع زلزله، نیروهای لرزه ای وارد به سازه را افزایش می دهد که این موضوع تاکنون با استفاده از روش های مختلفی ارزیابی شده است. در این تحقیق تاثیر لحاظ نمودن اثرات اندرکنش خاک-پی-سازه بر سازه فولادی بلند مرتبه در تحلیل های دینامیکی غیرخطی به روش اجزا محدود مستقیم با در نظرگرفتن شرایط مرزی نیمه بی نهایت برای محیط خاک و مدل تقریبی مخروط با استفاده از نرم افزار آباکوس استفاده شده است. در روش مستقیم، محیط خاک به همراه سازه و پی مدلسازی شده و در مدل مخروط ضرایب سختی دینامیکی به جای مدلسازی محیط خاک مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که با در نظرگرفتن اندرکنش خاک-پی-سازه ، حداکثر جابجایی جانبی سازه افزایش یافته و ضرایب اصطکاک میان سطح خاک-پی در پاسخ ها تاثیرگذار خواهند بود. همچنین مشاهده می شود که نتایج تحلیل به روش های تقریبی برای اظهار نظرهای مهندسی تا حدودی قابل قبول می باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of the dynamic responses of high rise buildings with respect to the direct methods for soil-foundation-structure interaction effects and comparison with the approximate methods

نویسندگان [English]

  • Jahangir Khazaei 1
  • Azadeh Amiri 2
1 Assistant Professor, Department of Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
2 MSc of Geotechnical Engineering, Department of Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

In dynamic analysis, modeling of soil medium is ignored because of the infinity and complexity of the soil behavior and so the important effects of these terms are neglected, while the behavior of the soil under the structure plays an important role in the response of the structure during an earthquake. In fact, the soil layers and soil foundation structure interaction phenomena can increase the applied seismic forces during earthquakes that has been examined with different methods. In this paper, effects of soil foundation structure interaction on a steel high rise building has been modeled using Abaqus software for nonlinear dynamic analysis with finite element direct method and simulation of infinite boundary condition for soil medium and also approximate Cone model. In the direct method, soil, structure and foundation are modeled altogether. In other hand, for using Cone model as a simple model, dynamic stiffness coefficients have been employed to simulate soil with considering springs and dashpots in all degree of freedom. The results show that considering soil foundation structure interaction cause increase in maximum lateral displacement of structure and the friction coefficient of soil-foundation interface can alter the responses of structure. It was also observed that the results of the approximate methods have good agreement for engineering demands.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil-foundation-structure interaction
  • Finite Element
  • Cone model
  • High rise building
  • Effects of soil-foundation friction coefficient

[1] Lou M..Wang H..Chen X., and Zhai Y. (2011). Structure–soil–structure interaction: literature review. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 31 (12), 1724-1731.

[2] Tabatabaiefar S.H.R..Fatahi B., and Samali B. (2012). Seismic behavior of building frames considering dynamic soil-structure interaction. International Journal of Geomechanics, 13 (4), 409-420.

[3] Tyapin A. (2012). Soil-Structure Interaction. INTECH Open Access Publisher.

[4] Wolf J.P. and Deeks A.J. (2004). Foundation vibration analysis: A strength of materials approach. Butterworth-Heinemann. 240.

[5] Veletsos A.S. and Meek J.W. (1974). Dynamic behaviour of building‐foundation systems. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 3 (2), 121-138.

[6] Gazetas G. and Mylonakis G. (1998). Seismic soil-structure interaction: new evidence and emerging issues. Geotechnical Special Publication, 75 (II), 1119-1174.

[7] Sameti A.R. and Ghannad M.A. (2014). Equivalent Linear Model for Existing Soil-Structure Systems. International Journal of Structural Stability and Dynamics.1450099.

[8] Chen L. (2015). Dynamic interaction between rigid surface foundations on multi-layered half space. International Journal of Structural Stability and Dynamics.1550004.

[9] Sbartai B. (2015). Dynamic interaction of two adjacent foundations embedded in a viscoelastic soil. International Journal of Structural Stability and Dynamics.1450110.

[10] Yang J..Li J., and Lin G. (2006). A simple approach to integration of acceleration data for dynamic soil–structure interaction analysis. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 26 (8), 725-734.

[11] Wolf J.P. and Deeks A.J. (2004). Cones to model foundation vibrations: incompressible soil and axi-symmetric embedment of arbitrary shape. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 24 (12), 963-978.

[12] Meek J.W. and Wolf J.P. (1993). Why cone models can represent the elastic half‐space. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 22 (9), 759-771.

[13] Tabatabaiefar H.R. and Massumi A. (2010). A simplified method to determine seismic responses of reinforced concrete moment resisting building frames under influence of soil–structure interaction. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 30 (11), 1259-1267.

[14] Manual A.U.s. (2004). Version 6.5, hibbitt, karlsson and sorensen. Inc., Pawtucket, RI.

[15] Ver E.N. (2006). 9, Extended Three Dimensional Analysis of Building Systems. Computers and Structures Inc. Berkeley, CA USA.

[16] Standard I. Seismic Resistant Design of Buildings—code of practice (2800).(4),

[17] Bjarnason J.Ö. (2008). Pushover analysis of an existing reinforced concrete structure. Unpublished master’s thesis). School of science and engineering, Reykjavik University, Iceland.

[18] Weißenfels C. and Wriggers P. (2015). Methods to project plasticity models onto the contact surface applied to soil structure interactions. Computers and Geotechnics, 65 187-198.

[19] Ryan K.L. and Polanco J. (2008). Problems with Rayleigh damping in base-isolated buildings. Journal of Structural Engineering, 134 (11), 1780-1784.