مطالعه پارامتري اندركنش سينماتيكي شمع-خاك چسبنده تحت بار ديناميكي

Parametric Study of Kinematic Interaction in Pile-Cohesive Soil under Dynamic Loads

سيستم­‌هاي فونداسيون شمع بطور گسترده‌­اي جهت پايداري سازه‌­هاي در معرض بار لرزه‌­اي مورد استفاده قرار مي­‌گيرند. تعداد زيادي از سازه­‌ها و شالوده­‌ها در سيستم سازه - خاك - شمع هنگامي كه در معرض بار لرزه­اي قرار گرفته تخريب شده‌­اند. به دليل پيچيدگي‌­هاي موجود در مسائل اندركنش خاك - شمع و همچنين فقدان روش­‌هاي دقيق، استفاده از روش­‌هاي عددي جهت تحليل مسائل اندركنش خاك - شمع ضروري است. در سيستم خاك - شمع تحت بارگذاري ديناميكي، پاسخ ديناميكي شمع وابسته به عوامل متعددي است. اين عوامل را مي‌توان به سه دسته اصلي شامل پارامترهاي هندسي، مشخصات مصالح و نيز ويژگي‌هاي بارگذاري طبقه‌بندي نمود. بررسي تأثير هر يك از عوامل فوق در پاسخ ديناميكي شمع، مي‌تواند مهندسين را در طراحي بهتر ياري نمايد. هدف تحقيق حاضر بررسي تأثير اين عوامل برروي پاسخ ديناميكي شمع منفرد مدفون در خاك رسي با استفاده از نرم‌افزار تفاضل محدود FLAC3D است. يكي از مهم‌ترين و تأثيرگذارترين موضوعات در مدل­‌سازي عددي پاسخ ديناميكي سيستم شمع - خاك مدل رفتاري درنظر ­گرفته شده براي خاك است. در اين مقاله از يك مدل رفتاري نرم­‌شونده براي مدل­‌سازي رفتار خاك تحت بارگذاري ديناميكي استفاده شده است. تحريك اعمال شده به مدل، به صورت هارمونيك سينوسي بوده كه به شكل تاريخچه زماني شتاب به كف مدل اعمال شده است. پس از اعتبارسنجي مدل به بررسي تأثير پارامترهاي مختلف بر رفتار ديناميكي شمع پرداخته شده و ممان خمشي و جابه‌جايي­‌هاي ايجاد شده در شمع ارائه شده و نتايج تفسير گشته‌اند. نتايج بدست آمده از اين مقاله نشان مي‌­دهد كه مقدار ضريب اندركنش سينماتيكي به خصوصيات بارگذاري وارده بستگي داشته و همچنين در فركانس‌­هاي بالا پاسخ سرشمع نسبت به پاسخ ميدان آزاد، مقادير كم­تري دارد.

Pile foundations are widely used to ensure the stability of structures subjected to seismic excitation. Numerous structures and foundations in soil-pile-structure systems have been destroyed during the occurrence of earthquakes. Because of the complexities involved in soil-pile interaction problems and the lack of precise methods, it is necessary to use numerical methods for analyzing soil-pile interaction problems. Several factors are affecting the dynamic response of a pile in the soil-pile system. These factors can be divided into three main categories: geometrical factors, material properties, and load characteristics. Studying the effects and importance of these factors in the response of the pile will help geotechnical engineers to optimize their design. In this research, three-dimensional modeling has been developed using the FLAC3D computer program, and the effects of various soil and pile properties on the dynamic behavior of a single pile in clayey soils are evaluated. One of the most important subjects in the numerical modeling of soil-pile system dynamic response is the constitutive model considered for the soil. This strongly affects the accuracy of results. In this study, a softening model has been used for the behavior of the soil under dynamic loads. Sinusoidal harmonic loading has been applied to the model base as the acceleration time history, and the variations of bending moments, shear forces, and displacements along the pile are obtained for all analyses carried out in this study. The results showed that the kinematic interaction coefficient depends on the loading characteristics and in the high frequencies head pile response was lower than the free field.