بررسی آزمایشگاهی ظرفیت باربری پی رادیه شمع و مقایسه با نتایج مدل هایپربولیک اصلاح‌شده

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری خاک و پی، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران

چکیده

شناخت رفتار و نحوه توزیع بار بین شمع و پی در پی رادیه شمع به دلیل رفتار غیرخطی و وابسته به نشست و نیز وجود پیچیدگی‌های ناشی از اندرکنش‌ها مساًله‌ای کلیدی می‌باشد. اخیراً پژوهشگران مدل‌هایی را برای تخمین نسبت سهم باربری شمع‌ها در پی رادیه شمع بر مبنای تحلیل‌های عددی به فرم معادله هایپربولیک نرمالیزه شده ارائه کرده‌اند. این مدل‌ها بر اساس نتایج آزمایشگاهی و با لحاظ نمودن اثر اندرکنش‌های مختلف بین شمع-پی-خاک، ابعاد پی و شمع و مقدار نشست سطحی پی می‌باشند. هدف انجام پژوهش حاضر بررسی رفتار پی رادیه شمع و تعیین سهم باربری شمع‌ها در این سیستم به روش آزمایشگاهی می‌باشد. بنابراین با تغییر تعداد و طول شمع‌ها و تراکم ماسه بستر، آزمایش‌هایی تحت بار قائم بر روی پی رادیه شمع، گروه شمع و پی بدون شمع انجام‌شده است. به این منظور سیستم بارگذاری ترکیبی ابداعی با بهره‌گیری از ابزار دقیق طراحی و ساخته شد و سپس سهم باربری شمع‌ها به روشی نوین با اندازه‌گیری فشار خاک زیر پی در هر مقدار نشست و با توجه به کل بار وارده محاسبه‌شده است. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، ظرفیت باربری پی رادیه شمع در حالت مشابه بیش از پی سطحی و تقریباً دو برابر گروه شمع می‌باشد. همچنین افزایش تعداد شمع در پی رادیه شمع و گروه شمع باعث بهبود ظرفیت باربری خاک و کاهش نشست می‌گردد. نسبت سهم باربری شمع‌ها با افزایش مقدار نشست سطحی روند نزولی دارد که این سهم با افزایش تعداد شمع‌ها در حالت مشابه افزایش‌یافته است. در این پژوهش ظرفیت باربری نهایی گروه شمع‌ها که به‌صورت آزمایشگاهی به‌دست‌آمده با معیار بیان‌شده در مدل هایپربولیک پیشنهادی توسط سایر محققین مقایسه شده است. سپس مدل مزبور با استفاده از روش‌های محاسباتی تصحیح گشته که بیانگر انطباق خوبی بین نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

An investigation on the bearing capacity of piled raft foundations experimentally and comparison with modified hyperbolic model results

نویسندگان [English]

  • Mohammad Jamal Malekkhani 1
  • Jafar Bolouri Bazzaz 2
1 Ph.D. Student of Geotechnical Engineering, Civil Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Associated Professor, Civil Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Because of non-linear and settlement dependent behavior of soil and effect of the interactions, understanding the behavior of piles and raft and the load sharing mechanism in piled rafts is a key issue. Recently, researchers have introduced few normalized hyperbolic models according to numerical analysis to estimate the load-sharing ratio of piles in piled raft foundations. These models are based on experimental results and considering different interaction effects between pile-raft-soil, raft, and pile dimensions and the amount of settlement. The aim of this research is to investigate the behavior of piled raft foundation and to estimate the load-sharing ratio of piles experimentally. So, various tests have been conducted on piled rafts, group piles, and unpiled rafts under vertical loading by changing the number and length of piles and density of bed sand. For this purpose, an innovative combined loading system, instrumented by measuring devices, is designed and constructed; then the load-sharing ratio of piles from the total load with a novel method is estimated by measuring soil pressure underneath the raft at any settlement. According to the results, bearing capacity of piled raft foundation in analogous conditions is more than unpiled raft and twice group piles approximately. Also increasing the number of piles in piled rafts and group piles increases bearing capacity and reduces raft settlement. The load sharing ratio of piles shows downward trend by increasing settlement and it increases with increasing the number of piles in the same conditions. In this study, the ultimate bearing capacity of group piles which have been experimentally obtained is compared with the ultimate criterion of the hyperbolic model proposed by other researchers. Then, the model is modified by mathematical analysis methods indicating good agreement between experimental and analytical results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Piled raft foundation
  • Pile group
  • Unpiled raft
  • Load sharing ratio
  • Hyperbolic Model
[1] Dusicka, P. Lewis, G.R. (2010). Replaceable shear and flexural links for the linked column frame system. Master of Science thesis, Civil and environmental engineering, Portland State University.
[2] Dusicka, P. Iwai, R. (2007). Development of linked column frame system for seismic lateral loads, Structural engineering research frontiers, structures congress, ASCE, 1-13.
[3] Stephens, M. (2011). Numerical and Experimental Analysis of Composite Sandwich Links for the LCF A thesis Master of Science in Civil and Environmental Engineering, Portland State University
[4] Malakoutian, M. (2012). Seismic response evaluation of the linked column frame system. Doctoral dissertation, University of Washington.
[5] Lopes, A. Dusicka, P..Berman, J. (2015). Lateral Stiffness Approximation of Linked Column Steel Frame System.ASCE Structures Congress
[6] Pires Lopes, A. (2016). Seismic behavior and design of the linked column steel frame system for rapid return to occupancy. Doctoral dissertation, Civil and Environmental Engineering, Portland State University
[7] Shoeibi, Sh. (2019). Simplified force-based seismic design procedure for linked column frame system, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 87-101.
[8] Gholhaki,M. Foroozan,F. Rezayfar,O. (2019). A Study on the Performance-Based Seismic Design of Linked Column Frame (LCF) System Subjected to Near and Far-Field Earthquakes. Journal of Structural and Construction Engineering.
[9] ANSI, A. (2010). AISC 341-10. Seismic provisions for structural steel buildings. Chicago (IL): American Institute of Steel Construction.
[10] Mazzoni, S. McKenna, F. Scott, and MH. Fenves, GL. (2006). Open system for engineering simulation user-command-language manual, version 2.0, Pacific Earthquake Engineering Research Center. University of California, Berkeley.
[11] FEMA P695. (2009). Quantification of building seismic performance factors, Applied Technology Council for the Federal Emergency Management Agency.
[12] Shoeibi, Sh. Kafi, MA and Gholhaki, M. (2017). New Performance-based seismic design method for structures with structural fuse system. Engineering Structures, 745–760.
[13] Shoeibi, Sh. (2017). Seismic design method and performance assessment of linked column frame system (LCF), Doctoral dissertation, University of Semnan.
[14] American Institute of Steel Construction. (2005). Seismic provisions for structural steel buildings. American Institute of Steel Construction.
[15] ASCE 7-10. (2010). Minimum design loads for buildings and other structures. American Society of Civil Engineers.
[16] FEMA-350C. (2000). Recommended seismic design criteria for new steel moment-frame buildings. Report No. 350, SAC Joint Venture for the Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C.
[17] Shome, N. Cornell, CA. (1999). Probability seismic demand analysis of nonlinear structures. Ph.D, dissertation. Stanford University