اثر وابستگي سختي ديناميكي خاك به فركانس زلزله و تأثير پارامترهاي اندركنشي بر پاسخ ارتجاعي و غيرارتجاعي سيستم‌هاي خاك - سازه

Influence of frequency-dependent dynamic soil stiffness and interacting parameters on elastic and inelastic response of soil-structure systems

در تحليل و طراحي لرزه‌اي سازه ها عموماً فرض مي‌شود كه خاك زير شالوده صلب است و از انعطاف پذيري آن صرف نظر مي‌گردد. با در نظر گرفتن انعطاف پذيري خاك زير پي، انتظار مي‌رود كه پاسخ سازه تحت تأثير متقابل اندركنش ديناميكي سيستم خاك و سازه قرار گيرد. به طور كلي مقادير مختلف پارامترهاي موثر خاك و سازه بر پاسخ هاي لرزه اي تأثيرات متفاوتي خواهند گذاشت. در اين مطالعه با استفاده از يك تحليل پارمتريك، اثرات پارامترهاي موثر خاك و سازه مانند جرم و اينرسي دوراني سازه و پي، نسبت سختي سازه به خاك، نسبت ارتفاع به بُعد سازه ، نسبت جرم سازه به جرم خاك و همچنين اثر وابستگي سختي ديناميكي خاك به فركانس تحريك زمين بر پاسخ‌هاي ارتجاعي و غيرارتجاعي سازه مورد بررسي قرار گرفته است. در اين پژوهش خاك زير پي به روش مخروطي مدل شده است، و براي تحليل سيستم خاك سازه از روش زير سازه استفاده شده است. نتايج بدست آمده حاكي از آن است كه، وابستگي سختي ديناميكي خاك به فركانس تحريك زمين، تأثيرقابل ملاحظه‌اي بر پاسخ غير ارتجاعي و ارتجاعي سازه‌هاي يك درجه آزاد نخواهد داشت. بنابراين مي‌توان براي سازه‌هاي با شالوده‌هاي سطحي، با دقت قابل قبولي سختي ديناميكي خاك را به صورت مستقل از فركانس مدل كرد. هرچند كه پارامترهاي موثر خاك-سازه نظير نسبت جرم سازه به خاك، فركانس بي‌بعد و نسبت لاغري تأثير قابل توجهي بر پاسخ سيستمهاي خاك-سازه با پي سطحي خواهند گذاشت.

In seismic analysis and design of structures, it is generally assumed that the soil beneath the foundation is rigid and, thus, its flexibility is not taken into account. Soil flexibility can affect the response of structures through complex phenomenon of dynamics soil-structure interaction effect. It is believed that effective soil and structural parameters could in some case significantly influence seismic response of structures in different manners and conditions. In this study, through an intensive parametric study, the effect of key parameters of soil-structures for both constant-strength and constant-ductility conditions are examined. In this regard, the effect of foundation mass, structure and foundation mass moment of inertia, structure-to-soil stiffness ratio, structural aspect ratio, the ratio of structural mass to soil mass, and, more importantly, the effect of frequency-dependent soil dynamic stiffness on the elastic and inelastic response of superstructures are investigated. The results of this study indicate that excitation frequency dependence, foundation mass and mass moment of inertia have insignificant effects on the base shear coefficient, displacement amplification factor of soil-shallow foundation systems. Nevertheless, other parameters such as soil foundation-to-structure mass ratio and dimensionless frequency and aspect ratio could have considerable effects on the response of the soil-shallow foundation SDOF systems.