Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/8339
Title: Ανάπτυξη διακριτού προσομοιώματος ελαστικού ημιχώρου για την δυναμική ανάλυση κατασκευών επί ευκάμπτων επιφανειακών θεμελιώσεων με ή χωρίς πασσάλους
Authors: Μαραβάς, Ανδρέας
Issue Date: 2015-02-05
Keywords: Δυναμική ανάλυση κατασκυεών
Δυναμική αλληλεπίδραση εδάφους-κατασκευής
Δυναμικές δυσκαμψίες ημιχώρου
Διακριτό προσομοίωμα δυναμικών δυσκαμψιών
Keywords (translated): Structural dynamics
Dynamic soil-structure interaction
Half-space impedance functions
Discrete impedance matrix model
Abstract: Στην παρούσα εργασία, πραγματοποιείται η μελέτη του φαινομένου της δυναμικής αλληλεπίδρασης εδάφους-κατασκευής όταν αυτή θεμελιώνεται επί εύκαμπτων, επιφανειακών θεμελιώσεων με ή χωρίς πασσάλους. Η μέχρι σήμερα μελέτη της αλληλεπίδρασης εδάφους-κατασκευής έχει περιορισθεί κυρίως σε επιφανειακά, άκαμπτα ή εύκαμπτα θεμέλια και επιφανειακές ή βαθιές, άκαμπτες θεμελιώσεις επί πασσάλων. Ο συνδυασμός εύκαμπτων θεμελιώσεων, επιφανειακών ή βαθιών, και πασσαλώσεων, κοινή πρακτική σε πλείστες κατασκευές, δεν έχει μελετηθεί λόγω της περιπλοκότητας του φαινομένου και των σχετικών αβεβαιοτήτων όσον αφορά στα δεδομένα του προβλήματος. Συνεπώς, η κρισιμότητα των διαφόρων παραμέτρων, και των πολλαπλών αλληλεπιδράσεων τους, στη σεισμική απόκριση των κατασκευών παραμένει εν πολλοίς άγνωστη. Στόχος της εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός διακριτού προσομοιώματος για τον εδαφικό ημιχώρο, το οποίο θα δύναται να χρησιμοποιηθεί για την δυναμική ανάλυση εύκαμπτων θεμελίων με ή χωρίς πασσάλους. Σε αυτή την μελέτη χρησιμοποιείται αποκλειστικά η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων (ΜΠΣ), για την διακριτοποίηση της κατασκευής, του εδάφους και του συστήματος θεμελίωσης. Ειδικότερα, με τη χρήση του πακέτου πεπερασμένων στοιχείων ACS SASSI, διακριτοποιείται ο εδαφικός ημιχώρος και υπολογίζεται το πεδίο μετακινήσεων της επιφάνειας του ημιχώρου για διάφορες συχνότητες που αντιστοιχούν σε συνήθεις σεισμικές διεγέρσεις. Με γνωστό το πεδίο μετακινήσεων, υπολογίζονται οι δυναμικές δυσκαμψίες του ημιχώρου συναρτήσει της συχνότητας και της απόστασης από το σημείο φόρτισης και δημιουργείται ένα νέο διακριτό προσομοίωμα που αντικαθιστά το έδαφος, με βάση το μητρώο δυναμικών δυσκαμψιών. Τέλος με κατάλληλη αδιαστατοποίηση, προκύπτουν κλειστές εκφράσεις για τα στοιχεία του μητρώου δυναμικών δυσκαμψιών, που παρέχουν το επιπλέον πλεονέκτημα ότι είναι ανεξάρτητες της συχνότητας διέγερσης και έτσι γίνεται εφικτή η απευθείας ανάλυση συστημάτων αλληλεπίδρασης εδάφους – κατασκευής στο πεδίο του χρόνου. Το προτεινόμενο προσομοίωμα του ελαστικού ημιχώρου επεκτείνεται στην περίπτωση του μεμονωμένου πασσάλου σε εδαφικό ημιχώρο. Το διακριτό προσομοίωμα που αναπτύχθηκε προηγουμένως είναι κατάλληλο για εισαγωγή σε πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων γενικού σκοπού ( όπως π.χ. ANSYS, SAP2000, ABAQUS ) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κάθε είδος επιφανειακής εύκαμπτης ή άκαμπτης θεμελίωσης ανεξαρτήτου γεωμετρίας, υποκαθιστώντας τον ελαστικά γραμμικό εδαφικό ημιχώρο. Με αυτό τον τρόπο γίνεται εφικτή η επίλυση οποιουδήποτε συστήματος αλληλεπίδρασης εδάφους – κατασκευής. Η ακρίβεια και αποτελεσματικότητα του προτεινόμενου προσομοιώματος για τον εδαφικό ημιχώρο, γίνεται φανερή από μια σειρά συγκρίσεων με αποτελέσματα παλαιοτέρων δημοσιεύσεων για άκαμπτα και εύκαμπτα θεμέλια και κατασκευών με ή χωρίς πασσάλους.
Abstract (translated): During the last decades the problem of dynamic soil-structure interaction (SSI), has received considerable attention due to the large number of installations and structures sensitive to dynamic excitations such as multistory buildings, bridges, nuclear reactors, platforms etc. In fact every structure that lies on a deformable soil medium, experiences the effects of dynamic SSI. Although the phenomenon is thoroughly studied for a variety of soil-structure systems the main research effort has been focused on the dynamic behavior of rigid foundations. The assumption of foundation rigidity is so popular because it simplifies the solution procedure. In contrast, the dynamic analysis of flexible foundations adds more parameters to the problem, by requiring the discretization of both the soil medium and the foundation itself. In this work, the main goal is the study of the dynamic response of flexible foundations (e.g. mat foundations, raft foundations) and the development of a new discrete model for the analysis of soil-foundation-structure systems, which incorporates the effects of foundation flexibility. The problem under consideration consists of determining the dynamic response of the surface of the soil medium idealized as a linear elastic, isotropic half space. To this end the Finite element Method (FEM) is utilized throughout this work. The FEM computer code ACS SASSI is used to simulate the half space. Using the dynamic response of half space surface due to a unit harmonic load, calculated at a dense network of surface nodal points, the impedances of the half space are computed. Using these values a simplified, frequency independent discrete impedance matrix is constructed. Results of the above analysis are presented for a range of frequencies and half-space material properties, in easy to use graphs. This model is expanded to incorporate the case of a single flexible pile embedded on a homogenous half space. The above discrete model can easily be imported to any standard general purpose FEM code (e.g., ANSYS, SAP2000), where the solution of the soil-structure system can be obtained for a variety of soil-structure systems. The main advantages of this model are 1) Accurate, easy and fast discretization of the soil medium 2) No limitation exist due to foundation type or geometry 3) Analyses can be performed both in frequency and time domain.
Appears in Collections:Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών (ΔΔ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
MARAVAS ANDREAS_DIDAKTORIKI_DIATRIVI.pdf3.85 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.