Skip to main content
SUPERVISOR
AmirMehdi Halabian
امیرمهدی حلبیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Samira Ghasemi
سمیرا قاسمی کلور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Development of Cone Model Theory for Evaluating of Dynamic Stiffness and Green Function of Shallow Foundations for Rocking Motions in Time Domain
Various methods have been developed to determine the dynamic stiffness of different types of foundations and to evaluate the effective foundation input motion applied to the structure during seismic excitation. The exact solutions for footings response on soil layers can be derived by employing complicated analytical solutions and numerical techniques such as finite element method, boundary element and scaled boundary element method. This accurate methods in addition to theoretical complexity and time-consuming, require to Fourier transformation to the frequency domain. However, practicing engineers prefer to perform the dynamic analysis in the time domain. Time domain analysis provide physical insight and makes it possible to consider the non-linear behavior of the structure. To compute the dynamic response of foundations for an arbitrary excitation defined in time domain, at beginning of the analysis the Fourier transformation of the load to the frequency domain is performed. The footing response is obtained in the frequency domain and should be the transformed back into the time domain at the end of analysis using inverse Fourier transform. In this indirect procedure, as an alternative to the rigorous approach, it is convenient to idealize the soil by the semi-finite truncated cone models representing the infinite nature of supporting soil. The cone model approach initially developed in the frequency domain. In this method, strength of materials theory for cones is employed (‘plane sections remain plane’). The reflection and refraction of waves at the material discontinuities such as a stratum on a half-space, that leads to frequency-dependent reflection coefficients for cones, bars and beams, is exactly considered. Cone models are potentially attractive because the one dimensional wave equation for cones can be solved directly in the time domain. Since the reflection coefficient is a function of the frequency, therefore, the reflection coefficient at the low frequency limit and high frequency limit asymptotes to a constant, being a function of the material properties of two neighboring layers at the interface. Accordingly, if one of these limits used as an approximation, a frequency-independent formulation of the wave mechanisms at the discontinuity of materials achieves, which permits to be implement the dynamic analysis directly in popular time domain without any transformation to and from the frequency-domain. The method can be extended for layered soils. The wave propagation mechanism across a cone segment and the wave transferring at material discontinuity leading to refracted and reflected waves is analogous to that in the frequency domain. In order to implement the dynamic soil-structure interaction analysis in the time domain the interaction forces of the soil must be expressed in the time domain. The formulation directly in the time domain has been obtained for the translational degree of freedom for a shallow foundation on a layered half-space, while the wave pattern in the time domain is not studied for a rocking degree of freedom. The purpose of this thesis is to obtain equations for the direct analysis of the interaction of soil-structure for the rocking degrees of freedom in the time domain using the theory of cones. Key Words : Soil-structure interaction analysis, Cone models, Time domain, Rocking degree of freedom, Layered half-space, Dynamic stiffness.
در محاسبه سختی دینامیکی پی ها و نیز برآورد حرکت ورودی مؤثر وارد بر سازه ها تحت اثر زلزله روش های مختلفی بسط داده شده است که از آن جمله می توان به روش های تحلیلی و نیمه تحلیلی، روش اجزای مرزی، روش های اجزای محدود پیچیده از قبیل روش لایه نازک، روش اجزای مرزی مقیاس شده اشاره نمود. در این راستا استفاده از روش های دقیق نیازمند پیش زمینه تئوریکی قوی و نیز تخصصی قابل توجه جهت ایده آل سازی سیستم دینامیکی می باشد. آماده سازی داده ها و تفسیر نتایج باید با دقت انجام گردد. هزینه محاسباتی این روش ها برای تنها یک مرتبه اجرا زیاد است؛ به این ترتیب، روش های دقیق می تواند به یک برداشت نادرست از نتایج منجر شده که به این می توان از بین رفتن درک فیزیکی به علت پیچیدگی ریاضی را نیز افزون کرد. از این رو این روش ها را می توان تنها برای پروژه های بزرگ یا تاسیسات حیاتی یا بحرانی از قبیل نیروگاه های هسته ای، پناهگاه های نظامی و سدها، با بودجه متناظر و زمان موجود به کار برد. بنابراین منطقی است بیشتر تحلیل های ارتعاش پی با استفاده از روش های دقیق انجام نشده و در عوض روش های مبتنی بر مقاومت مصالح به خدمت گرفته شوند. در زمره روشهای مبتنی برمقاومت مصالح سه نوع مختلف مدل وجود دارد: مدل های پارامتر متمرکز، مدل هایی بر مبنای الگوهای موج تعیین شده در صفحه افقی امواج یک بعدی حجمی و سطحی و امواج استوانه ای؛ و مدل های مخروطی. در ده سال گذشته مدل های مخروطی برای مدل سازی رفتار دینامیکی خاک در موارد عملی توسعه یافته اند. با استفاده از مدل های مخروطی، موارد کاربردی با پیچیدگی معقول را می توان تحلیل نمود. در این روش ساختگاه می تواند دارای هر تعداد لایه افقی بوده و مدل سازی تغییرات عمومی مشخصات در عمق را ممکن می نماید. همچنین با استفاده از این روش افزون بر پی های سطحی، پی های مدفون را نیز می توان تحلیل نمود و تحریک لرزه ای را می توان بدون معرفی فرضیات جدید پردازش نمود. در روش مبتنی بر مدل های مخروطی که عمدتـا" در حل های در حوزه فرکانس به خدمت گرفته می شوند مفروضات تئوری مقاومت مصالح یک بعدی برای مخروط ها استفاده می شود و به ویژه، انعکاس و انکسار امواج در ناپیوستگی های مصالح که منجر به ایجاد ضرایب انعکاس وابسته به فرکانس برای مخروط ها، میله ها و تیرهای ناقص می شود، به طور دقیق در نظر گرفته می شوند. با این حال، معادله موج یک بعدی برای مخروط ها را می توان به صورت مستقیم در حوزه زمان حل نمود. لزوم کار در حوزه فرکانس در یک تحلیل سازگار دقیق از سازوکار موج در محل ناپیوستگی مصالح ناشی می شودکه در آن ضریب انعکاس تابعی ازفرکانس می باشد. با این حال، حد فرکانس پایین و حد فرکانس بالای مستقل از فرکانس و تابعی از مشخصات مصالح دو لایه در سطح مشترک هستند. بنابراین، چنانچه یکی از این حدود به عنوان تقریب به کار رود، یک فرمول بندی مستقل از فرکانس برای سازوکار موج در محل ناپیوستگی مصالح به دست می آید که امکان تحلیل مستقیم در حوزه زمان را بدون هیچ تبدیلی به حوزه فرکانس یا از حوزه فرکانس فراهم می کند. فرمول بندی مستقیم در حوزه زمان با استفاده از روش مخروطی محدود به درجه آزادی انتقالی یک پی سطحی واقع بر روی یک نیم فضای چندلایه می باشد، هدف از این پایان نامه توسعه مدل مخروطی در حوزه زمان به درجه آزادی گهواره ای برای پی واقع بر روی یک ساختگاه چندلایه می باشد. بدین ترتیب امکان محاسبه رابطه لنگر اندرکنش- دوران در حوزه زمان جهت کاربرد در تحلیل مسائل اندرکنش خاک -سازه فراهم می شود. کلمات کلیدی : اندرکنش خاک-سازه، روش مخروطی، درجه آزادی گهواره ای، حوزه زمان، نیم فضای چندلایه، سختی دینامیکی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی