اثرات همبستگی مولفه های لرزه ای حوزه نزدیک در تونل های دایروی شهری با پوشش بتنی غیرمسلح

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی زلزله-دانشکده مهندسی عمران- دانشگاه سمنان- سمنان- ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

3 استاد، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

4 دانشجوی دکترای مهندسی زلزله-دانشکده مهندسی عمران- دانشگاه سمنان- سمنان ایران

چکیده

ارزیابی دقیق لرزه‌ای سازه های زیرزمینی نظیر تونل ها به دلیل رفتار پیچیده دینامیکی خاک و اندرکنش خاک و سازه نیازمند به تحلیل های دینامیکی می‌باشد. استفاده از آنالیز دینامیکی در شبیه سازی پاسخ لرزه‌ای واقعی سازه، تنها با وجود تاریخچه زمانی شتاب مناسب (سازگار با شرایط خاک محلی سایت) امکان پذیر است. منظور نمودن مولفه قائم زلزله در سایت، یکی از عوامل مهم جهت رسیدن به پاسخهای واقعی سازه می‌باشد (نظیر زلزله های نزدیک گسل). در این مقاله با بهره گیری از نرم افزار المان محدودABAQUS سیستم خاک و تونل با استفاده از آنالیز تاریخچه زمانی خطی تحت چهار رکورد زلزله حوزه نزدیک گسل با در نظر گرفتن نسبتهای مختلف مولفه های افقی و قائم در دوازده ترکیب بارگذاری برای هر رکورد مدلسازی شده است و تاثیر همبستگی مولفه های لرزه‌ای تحت ترکیب بارهای مختلف بر شتاب، تنش و کرنش، نیروی محوری، لنگر خمشی و نیروی برشی حداکثر در پوشش تونل بررسی شده است. با بررسی های انجام گرفته مشخص شد که افزایش نسبت مولفه قائم به افقی تاثیر بسیار کمی بر روی حداکثر شتاب افقی وارد بر پوشش تونل دارد. با مقایسه نیروهای محوری، لنگر خمشی و نیروی برشی مشخص شد که افزایش نسبت مولفه های قائم به افقی زلزله، بیشترین اثر را در افزایش پاسخ نیروی محوری دارد. همچنین با مقایسه بین حداکثر تنش و کرنش تحت دوازده ترکیب بارگذاری برای رکوردهای انتخابی، مقدار کرنش حداکثر در پوشش تونل کمتر از مقدار مجاز کرنش بتن و در جهت اطمینان بوده و در بعضی از حالتهای بارگذاری، مقدار تنش موجود در پوشش تونل بیشتر از تنش مجاز بتن و در خلاف جهت اطمینان بوده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Correlation effects of seismic components near field in urban circular tunnels with unreinforced concrete liners

نویسندگان [English]

  • Reza Vahdani 1
  • Mohsen Gerami 2
  • Gholamreza Ghodrati Amiri 3
  • seyed amin razavian amrei 4
1 Department of Earthquake Engineering, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan , IRAN.
2 Associate Professor, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
3 Professor, Department of Civil Engineering, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran
4 Phd student, Department of Civil engineering, Semnan University, Semnan, , Iran
چکیده [English]

Exact seismic evaluation of underground structures such as tunnels requires dynamic analysis, due to the complex dynamic behavior of soil and the interaction of soil and structure. Dynamic analysis in order to simulate the actual seismic response of a structure is possible only with the appropriate acceleration time history (compatible with the local site soil conditions). Considering the vertical component of the earthquake on the site is one of the important factors for achieving the real responses of the structure (such as near fault earthquakes). In this paper, using ABAQUS finite element software, the soil and tunnel system was modeled using linear time histories analysis under four near field recordings of the earthquake, taking into account the various proportions of horizontal and vertical components in the twelve loading combinations, and the correlation effect Seismic components have been investigated by combining different loads on acceleration, stress and strain, axial force, bending moment and shear force maximum in tunnel lining. The studies showed that increasing the vertical to horizontal ratio has a very small effect on the maximum horizontal acceleration on the tunnel Liner. By examining the axial forces, bending moment and shear force, increasing the ratio of vertical components to horizontal has the greatest effect on the axial force response. Also, by comparing the maximum stress and strain under the twelve loading combinations for the selected records, the maximum strain in the tunnel liner is less than the allowable strain rate for the concrete and in the case of loading, the stress in the tunnel liner is greater than the permitted stress Concrete and in the opposite direction are confident.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Correlations of Seismic Components
  • Near fault field
  • circular tunnel
  • unreinforced concrete liners
  • Seismic response
[1] Hashash, Y.M.A., Hook, J.J., Schmidt, B., Yao, J.I-C. (2001). Seismic design and analysis of  underground structures. Tunnelling and Underground Space Technology. 16, 247-293.
[2] Wang J., (1993). Seismic Design of Tunnels: A Simple State-of-the-art Design Approach, Parsons, Brinckerhoff, Quade and Douglas Inc, New York.
[3] Zhang, Xuepeng, Yujing Jiang, and Satoshi Sugimoto. (2018). Seismic damage assessment of mountain tunnel: A case study on the Tawarayama tunnel due to the 2016 Kumamoto Earthquake. Tunnelling and Underground Space Technology 71: 138-148.
[4] M. Pakbaz, A. Yareevand. (2005).2-D analysis of circular tunnel against earthquake loading, Tunneling and Underground Space Technology. 20, 411–417.
[5] Baker, J. (2007). Quantitative classification of near-field ground motion using wavelet analysis. Bulletin of the Seismological Society of America, Vol.97,No. 5,pp. 1486-1501.
[6] Campbell, K.W. and Bozorgnia, Y. (2007). Campbell-Bozorgnia NGA ground motion relations for the geometric mean horizontal component of peak and spectral ground motion parameters, PEER Report No. 2007/02, Pacific Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, California, USA.
[7] A.F.T.E.S. (2000). Recommendations in respect of the use of plain concrete in tunnels.Tunnels et Ouvrages Souterrains, No 158.
[8] Deutsche Norm DIN 1045–1:2001. Plain, reinforced and prestressed concrete structures. Part 1: Design and construction. DIN Deutsches Institut für Normung e. V., Berlin, Germany.
[9] European Standard EN-1992-1-1. Eurocode 2: Design of concrete structures.Part 1: General rules and rules for buildings; 2003.
[10] Ashford SA, Kawamata Y. (2006). Performance of transportation systems during the2004 Niigata Ken Chuetsu, Japan, Earthquake. Earthq Spectra;22(S1):111–32.
[11] Yashiro K, Kojima Y, Shimizu M. (2007). Historical earthquake damage to tunnels in Japan and case studies of railway tunnels in the 2004 Niigataken-Chuetsuearthquake. Quart Rep RTRI;48–3:136–41.
[12] Sinozuka M. (1995). The Hanshin-Awaji earthquake of January 17, 1995: performance of lifelines. NCEER-95-0015.
[13] Owen,G.N.and Scholl,R.E.(1981).Earthquake Engineering of Large Underground Structures.Report Number FHWA/RD-80/195,prepared for the Federal Highway Administration and National Science Foundation.
[14] Patil, M., Choudhury, D., Ranjith, P.G., Zhao, J., (2015). Seismic analysis of tunnels in soft soils: a state-of-the-art review. In: Proc of the International Conference on Soft Ground Engineering (ICSGE 2015), December 3-4, 2015, Singapore. pp. 625–634.
[15] Lanzano, G., Bilotta, E., Russo, G., Silvestri, F., Madabhushi, S.P.G. (2012). Centrifuge modelling of seismic loading on tunnels in sand. Geotech. Test. J. 35 (6), 854–869.
[16] Tsinidis, G., Pitilakis, K., Madabhushi, G., Heron, C. (2015). Dynamic response of flexible square tunnels: centrifuge testing and validation of existing design methodologies.Geotechnique 65 (5), 401–417.
[17] Tsinidis, G., Rovithis, E., Pitilakis, K., Chazelas, J.L. (2016). Seismic response of box-type tunnels in soft soil: experimental and numerical investigation. Tunnelling and Underground Space Technology. 59, 199–214
[18] Kalantarian, S.H., Dehghani, M., (2014),. A Review on the Dynamic Vibrations Relationship in the Metro Tunneling. Interational Journal of Science and Engineering Investigations, Vol.3,issue27,April 2014.
[19] Abdel-Motaal, M.A., El-Nahhas, F. M., Tawfik Khiry, A. (2014),. Mutual seismic interaction between tunnels and the surrounding granular soil. Housing and Building National Research Center , 10, 265-278.
[20] Kouretzis, G. P., K. I. Andrianopoulos, S. W. Sloan and J. P. Carter (2014). Analysis of circular tunnels due to seismic P-wave propagation, with emphasis on unreinforced concrete liners. In:Computers and Geotechnics 55, 187 –194.
[21] Hashash YMA, Park D, Yao JI-C.(2006). Ovaling deformations of circular tunnels under seismic loading, an update on seismic design and analysis of underground structures. Tunnelling and Underground Space Technology;20:435–41.