Skip to main content
SUPERVISOR
AmirMehdi Halabian
امیرمهدی حلبیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mehdi Pajand
مهدی پژند

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Effect of Elasto-Plastic Behavior of Soil in Soil Structure Interaction Using a Bounding Surface Soil Model
During earthquake, taking different phenomena into account could reduce fatalities and financial loss. In order to examine the phenomenon of earthquake more thoroughly, effects of different soil layers as structural support should be addressed. The mutual effects of soil and structure during a seismic phenomenon are reviewed in an extensive field of study called “soil-structure interaction”. Taking soil-structure interaction into account adds to flexibility of the system and increases energy dampening factors in a system. Consideration of soil-structure interactions requires a thorough knowledge of the soil. In order to offer a more precise estimate of behavior of soil, different behavioral models have been developed which can describe elastic behavior. More advanced behavioral models are able to describe plastic behavior of the soil as well. In the present study, effects of flexibility on structural response are studied by presuming elastoplastic behavior of the soil as well as non-linear behavior of the structure for a limited number of near-fault and far-fault excitations. Then, this case is compared with another case in which elastic behavior of the soil is presumed. In order to study the effect of periodic time of the structure on dynamic response of studied system, four steel frames with 1, 3, 7 and 14 floors were selected to represent short, medium and high structures. Nonlinear behavior of frames was taken into account by modelling beams through plastic joint. In addition, modelling of columns was done through fiber element. Finally, nonlinear analysis contributed to determination of structural responses. One could observe that performance of short structure with lateral load resistant system of flexural frame which is located on soft soil will remain in secure range. In such a case, effects of soil-structure interactions could be ignored in elastic and non-elastic analyses. Presuming rigid foundation during near-fault and far-fault excitations, medium-height structure with 7 floors and high structure with 14 floors were in the safe range. Taking the effects of elastoplastic soil-structure interaction into account takes the structural performance of the last two structures out of safe range. In addition, consideration of behavior of foundation as elastoplastic increases lateral deformation of medium-height and high structures up to 20 percent but reduces shear of different floors. In response to most records, basic shear reduces. In the case of high structures, lower shear wave speed and higher softening of the system are observably followed by higher displacement of lower floors than top ones. Another analysis revealed that increase in height of a structure is correlated with lower rocking motion as one moves from lower floors into top ones. Keywords: Nonlinear Soil-Structure interaction, inelastic behaviour, bounding surface.
در نظر گرفتن پدیده‌های مختلف هنگام وقوع زلزله می­تواند باعث کاهش تلفات و خسارات شوند. به منظور بررسی دقیق‌تر پدیده‌ی زمین‌لرزه از اثرات لایه‌های خاکی به‌ عنوان تکیه‌گاه سازه نمی‌توان گذشت و به نحوی باید تأثیرات مسئله خاک و سازه در پدیده‌ی زمین‌لرزه بررسی شود که مبحث گسترده‌ای تحت ‌عنوان اندرکنش خاک و سازه مطرح می‌شود. منظور نمودن اثر اندرکنش خاک و سازه به منزله‌ی افزایش انعطاف‌پذیری سیستم و همچنین افزایش عوامل میرا کننده‌ی انرژی در سیستم است. در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه مستلزم شناختی مناسب از خاک است. به همین منظور و در راستای پیش­بینی دقیق­تر رفتار خاک مدل­های رفتاری متنوعی توسعه پیدا کرده است تا رفتار الاستیک و در مدل­های پیشرفته­تر رفتار پلاستیک خاک را توصیف کنند. در این مطالعه نحوه تأثیرگذاری انعطاف­پذیری بر پاسخ سازه با در نظر گرفتن رفتار الاستوپلاستیک برای خاک و رفتار غیرخطی سازه برای تعداد محدودی از تحریکات نزدیک و دور از گسل بررسی و با حالتی که رفتار خاک الاستیک فرض شده مقایسه می­شود. برای بررسی تأثیر زمان تناوبی سازه بر پاسخ دینامیکی سیستم مورد مطالعه، چهار قاب فولادی 1، 3، 7 و 14 طبقه به عنوان سازه­های کوتاه، متوسط و بلندمرتبه انتخاب‌شده است. رفتار غیرخطی قاب­ها نیز به کمک مدل‌سازی تیرها توسط مفصل پلاستیک و مدل‌سازی ستون­ها به کمک المان الیافی مدنظر بوده است. در نهایت با تحلیل غیرخطی، پاسخ سازه­ها بدست آمده است. مشاهده می­شود سطح عملکرد سازه کوتاه مرتبه با سیستم مقاوم جانبی قاب خمشی واقع بر خاک نرم، در محدوده­ی ایمنی جانی باقی می­ماند و تأثیرات اندرکنش خاک و سازه در تحلیل­های الاستیک و غیرالاستیک را می­توان نادیده گرفت ولی در سازه­ی میان­مرتبه 7 طبقه و بلندمرتبه­ی 14 طبقه، درحالی‌که با فرض بستر صلب در تحریکات حوزه­ی نزدیک و دور، سازه در ناحیه­ی ایمنی جانی قرارگرفته است، لحاظ نمودن اثر اندرکنش خاک و سازه به صورت الاستوپلاستیک موجب خارج شدن عملکرد سازه از این ناحیه می­شود. همچنین با در نظر گرفتن رفتار بستر به صورت الاستوپلاستیک در مقایسه با الاستیک، تغییر شکل جانبی سازه­های میان ­مرتبه و بلند­مرتبه تا 20 % افزایش یافته ولی مقدار برش طبقات کاهش پیدا می­کند. برش پایه نیز در پاسخ اکثر رکوردها کاهش پیدا می­کند. مشاهده می­شود در سازه­های بلند­مرتبه با کاهش سرعت موج برشی خاک و نرم­تر شدن سیستم، تغییر مکان در طبقات ابتدایی با افزایش بیشتری نسبت به طبقات انتهایی روبرو بوده است. در بررسی دیگر مشاهده شد که با افزایش ارتفاع یک سازه، درصد سهم حرکت گهواره­ای از پایین به بالا کاهش پیدا می­کند. کلمات کلیدی: تحلیل غیرخطی، اندرکنش خاک و سازه، رفتار غیرخطی خاک، رفتار الاستوپلاستیک خاک، رفتار غیرخطی سازه

ارتقاء امنیت وب با وف بومی