مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

مطاله پارامتریک نشست نامساوی در پی های شمعی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
ساناز شاهبازی 1
فریبا بهروز سرند 2
ناصرالدین شاهبازی 3
وحید اکرمی 4
1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز، تبریز، ایران
2 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز، تبریز، ایران
3 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
4 دانشیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل،ایران
10.22065/jsce.2025.470873.3554
چکیده
بروز نشست‌های نامساوی در پی‌های شمعی می‌تواند اثرات مخربی بر روی سر شمع‌ها، پی‌ها و سازه‌های مستقر بر روی آنها داشته باشد. در همین راستا، مقاله حاضر به بررسی تاثیر پارامترهای مختلف نظیر طول، قطر و فاصله شمع‌ها و همچنین ضخامت کلاهک بر روی نشست نامساوی پی‌های گسترده شمعی به‌صورت المان محدود می‌پردازد. بدین منظور، ابتدا پی گسترده (کلاهک) بدون شمع و سپس با تعداد مختلف شمع تحت بار گسترده در نرم‌افزار آباکوس مدل‌سازی و تحلیل گردید. نتایج نشان داد که استفاده از تک شمع در مرکز کلاهک باعث کاهش نشست به میزان 36% و افزایش تعداد شمع‌ها به 16 عدد می‌تواند نشست پی را تا 68% نسبت به حالت کلاهک بدون شمع کاهش دهد. در ادامه، بررسی تاثیر قطر شمع‌ها نشان داد که افزایش قطر از 60 به 100 سانتی‌متر تاثیر چندانی بر میزان نشست ندارد، اما تنش‌های شکل‌گرفته در بدنه شمع را کاهش می‌دهد. همچنین، در بررسی طول شمع، افزایش آن از 12 به 18 متر موجب 33% کاهش در نشست آنی مرکز پی گردید. این در حالی است که ثابت ماندن میزان نشست در لبه‌های پی باعث افزایش اندک نشست تفاضلی شد. نهایتا، ملاحظه شد که افزایش ضخامت کلاهک یک راهکار مؤثر برای کاهش نشست تفاضلی در پی‌های شمعی می‌باشد. با افزایش ضخامت کلاهک، توزیع بار به‌طور یکنواخت‌تری بر روی شمع‌ها صورت می‌گیرد و این امر منجر به کاهش نشست تفاضلی و بهبود عملکرد کلی پی می‌شود. بررسی‌ها نشان داد که میزان نشست نامساوی پی رابطه مستقیم با نسبت فاصله آزاد بین آخرین ردیف شمع و لبه کلاهک به ضخامت کلاهک دارد، به‌طوری‌که برای نمونه‌های با نسبت کمتر از 5/2، نشست نامساوی تقریبا ناچیز می‌باشد. نتایج این تحقیق مهندسین طراح را در درک رفتار اندرکنش پی، شمع و خاک و انتخاب صحیح پارامتر‌های طراحی برای مقابله با نشست‌های نامساوی کمک خواهد کرد.
کلیدواژه‌ها
پی گسترده شمعی
گروه شمع
نشست نامساوی
تحلیل المان محدود
نرم افزار آباکوس

موضوعات

عنوان مقاله English

Parametric Study on the Differential Settlement of Piled Raft Foundations

نویسندگان English

sanaz shahbazi 1
Fariba Behrouz Sarand 2
Naseraldin shahbazi 3
Vahid Akrami 4
1 M.Sc. graduate, Civil Engineering department, Islamic Azad university Tabriz Branch, ,Tabriz,, Iran
2 Assistant Professor, Civil Engineering department, Islamic Azad university Tabriz Branch, Tabriz, Iran
3 Assistant Professor, Faculty of Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
4 Associate Professor, Faculty of Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده English

Differential settlement in pile foundations can adversely affect pile heads, foundations, and the structures resting on them. This article investigates the influence of various parameters such as pile length, diameter, spacing, and cap thickness on the differential settlement of wide pile foundations through finite element analysis. For this purpose, a raft foundation was modeled with varying numbers of piles and subjected to a distributed load using Abaqus software. The results showed that using a single pile at the center of the cap reduces settlement by 36%, and increasing the number of piles to 16 can reduce the foundation settlement by 68% compared to the raft foundation without piles. Furthermore, results showed that increasing the pile diameter from 60 to 100 centimeters has little impact on the amount of settlement, but it reduces the stresses developed in the body of the pile. Additionally, increasing pile length from 12 to 18 meters reduced immediate settlement at the center of the foundation by 33%. However, constant settlement at the edges caused a slight increase in differential settlement. Finally, it was observed that increasing the thickness of the cap is an effective solution for reducing differential settlement in pile foundations. With the increase in cap thickness, the load distribution becomes more uniform across the piles, leading to a reduction in differential settlement and an overall improvement in foundation performance. Investigations showed that the amount of uneven settlement in the foundation has a direct relationship with the ratio of the free distance between the last row of piles and the edge of the cap to the thickness of the cap, such that for samples with a ratio of less than 2.5, the uneven settlement is almost negligible. These findings can also result in a more efficient parameter selection process, and prevention of uneven differential settlement.

کلیدواژه‌ها English

Raft pile foundation
Pile group
Differential settlement
Finite element analysis
ABAQUS software
[1] Horikoshi, K., and Randolph, M.F. (1998). A contribution to optimum design of piled rafts. Geotechnique, 48(3), 301-317.
 
[2] Prakoso, W.A., and Kulhawy, F. H. (2001). Contribution to piled raft foundation design. Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering, 127(1), 17-24.
 
[3] McCabe, B.A., and Lehane, B.M. (2006). Behavior of axially loaded pile groups driven in clayey silt. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 132(3), 401-410.
 
[4] McCabe, B.A., and Sheil, B.B. (2015). Pile group settlement estimation: suitability of nonlinear interaction factors. International Journal of Geomechanics, 15(3), 04014056.
 
[5] Zhan, Y. G., Wang, H., & Liu, F. C. (2012). Modeling vertical bearing capacity of pile foundation by using ABAQUS. Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 17(M), 1855-1865.
 
[6] Sinha, A., and Hanna, A.M. (2017). 3D numerical model for piled raft foundation. International Journal of Geomechanics, 17(2), 04016055.
 
[7] Mali, S., and Singh, B. (2018). Behavior of large piled-raft foundation on clay soil. Ocean Engineering, 149, 205-216.
 
[8] Hejazirad, S., Ghareh, S., Eslami, A., & Ganjian, N. (2021). Comparison of behavior of Drilled Displacement piles in laboratory and field (Case study; Anzali sand). Journal of Structural and Construction Engineering, 8(8), 49-68. doi: 10.22065/jsce.2021.255307.2281
 
[9] Malekkhani, M. J., & Bolouri Bazzaz, J. (2021). An investigation on the bearing capacity of piled raft foundations experimentally and comparison with modified hyperbolic model results. Journal of Structural and Construction Engineering, 8(1), 307-326. doi: 10.22065/jsce.2019.171280.1779
 
[10] Shooshpasha, I., and Sharafkhah, M. (2021). Experimenta Lstudy of Behavior of Piled Raft Foundations under Vertical Loading in Sand. Journal of Civil and Environmental Engineering, 51.3(104), 87-101. doi: 10.22034/jcee.2019.9256
 
[11] Nooralizadeh, O., Rahimi, S., Hoseinzadeh, M., & Ebadi Jamkhaneh, M. (2022). Investigation of steel moment-resisting frame relies on deep foundation under normal fault rupture. Journal of Structural and Construction Engineering, 9(2), 152-171. doi: 10.22065/jsce.2021.292098.2477
 
[12] Asadinia, A., Amirafshari, S., & Ghanbari, A. (2022). New equation to determine the load percentage carried by raft in piled raft foundations. Amirkabir Journal of Civil Engineering, 54(8), 3139-3154. doi: 10.22060/ceej.2022.20051.7329
 
[13] Susila, E., Syahputra, M. Y., Sahadewa, A., & Eka Putri, K. M. (2019). An Evaluation of Pile-Raft Interaction in Cohesive Soils using 3D Finite Element Method. Journal of Engineering & Technological Sciences, 51(5). doi: 10.5614/j.eng.technol.sci.2019.51.5.5
 
[14] Bhartiya, P., Chakraborty, T., & Basu, D. (2022). Load-settlement response of piled raft foundations in sand. Geomechanics and Geoengineering, 17(4), 1260-1283. doi: 10.1080/17486025.2021.1928767
 
[15] Jameel, M. M., & Ahmed, B. A. (2021). Response of Piles Group embedded in Sandy Soil with Cavities to Seismic Loading. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 856, No. 1, p. 012017). IOP Publishing. doi: 10.1088/1755-1315/856/1/012017
 
[16] Modak, R., & Singh, B. (2022). A parametric study of large piled raft foundations on clay soil. Ocean Engineering, 262, 112251. doi: 10.1016/j.oceaneng.2022.112251
 
[17] Fattah, M. Y., Salim, N. M., & Khalifa, K. R. (2023). Parametric study of unconnected piled rafts in clayey soil using finite element method. Innovative Infrastructure Solutions, 8(1), 16. doi: 10.1007/s41062-022-00987-6
 
[18] Jassim, A., Ganjian, N., & Eslami, A. (2023). Investigation of Load-Displacement Behavior of Helical Pile in Wet and Saturated Sand with FCV Apparatus. Journal of Structural and Construction Engineering, 10(5), 25-42. doi: 10.22065/jsce.2022.350470.2869
 
[19] Mohammad-Alinejad, R., Bayat, M., Nadi, B., & Pakbaz, M. S. (2023). Effect of degree of freedom of movement on the bearing capacity and efficiency coefficient of pile group adjacent to sandy slope. Journal of Structural and Construction Engineering, 10(1), 95-113. doi: 10.22065/jsce.2022.321897.2678
 
[20] Alsanabani, N., T. AL-Refeai, and A. Alshenawy, Simplified Method for Designing Piled Raft Foundation in Sandy Soils. Geotechnical Engineering, 2017. 48(4): p. 122-128.
 
[21] Hibbitt, Karlsson, & Sorensen. (2016). Abaqus/CAE User's Manual. Hibbitt, Karlsson & Sorensen, Incorporated.
 
[22] Su, K., & Li, Y. (2009). Discussion of extended drucker-prager yield criterion in slope stability analysis. In 2009 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference (pp. 1-4). IEEE. doi: 10.1109/APPEEC.2009.4918285

  • تاریخ دریافت 30 آبان 1403
  • تاریخ بازنگری 29 دی 1403
  • تاریخ پذیرش 19 بهمن 1403