Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad ali Rowshan Zamir
محمدعلی روشن ضمیر (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hassan Habibian
حسن حبیبیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

Numerical Analysis of Bearing Capacity of Skirted Foundations
Some of the advantages of skirted foundations which have extended their applications in offshore are: improvement of bearing capacity of foundation against vertical, horizontal loads and moments, better performance under cyclic loads, more accurate, faster, easier, and cheaper installation in comparison with other choices like piles especially in deep water, and sometimes the capability of uninstallation in order to use in another place. However, the use of such structural skirts in conjunction with conventional shallow structural foundations has not been widely employed, nor have the improvements in bearing capacity occurring from their use been investigated in detail. However, there are few researches on skirted foundation for inshore structures and they are limited to some special type of soils. Therefore more extensive and accurate studies on bearing capacity of these foundations and the influencing parameters are necessary to make them applicable for conventional structures. In this dissertation, the results of numerical analysis of surface foundations reinforced with skirts under vertical loads are presented. The factors which influence the bearing capacity of these foundations including soil strength and stiffness parameters, shape and width of foundation, foundation base roughness, skirt depth, skirt roughness, skirt thickness, skirt stiffness, numerical behavior model of soil plug and skirt arrangement are investigated and analyzed and by comparing the bearing capacity of skirted foundation with the bearing capacity of surface foundation without skirts, effect of using skirts was determined and presented as the bearing capacity ratio. Furthermore, the bearing capacity of skirted foundation was compared with ones of the foundation at the skirt depth in different of skirt roughnesses. Also, a modified bearing capacity equation is proposed for skirted foundations. Numerical analysis was carried out using the ABAQUS FEM software by explicit method. Loading wa conducted by displacement controlled method. Three shapes of foundations including circle, square and strip with rigid bases and two type of skirts including rigid and flexible were modeled. By displacing the connection point of the skirts from edge of foundation base to the inner positions in circle and strip skirted foundations and by adding the skirts in square skirted foundations, the effect of skirt arrangement on bearing capacity of foundation was studied. Changing the numerical model behavior of soil plug with elastic and rigid model separately, the effect of soil plug on bearing capacity was investigated. The results of analysis showed that using the skirts in the conditions of this work, increases the bearing capacity of surface foundations from 1.1 to 2 times, depending on soil and foundation properties.
افزایش ظرفیت باربری پی در برابر نیروهای قائم، جانبی و لنگر، عملکرد مناسب‌تر تحت بار دوره‌ای، نصب دقیق، سریع و آسان و کم هزینه‌تر پی نسبت به گزینه‌های موجود از جمله شمع‌ها بویژه در آب‌های عمیق و در بعضی موارد قابلیت برچیدن آن برای استفاده مجدد، از جمله مزایای استفاده از پی‌های پاجداری است که استفاده از آن را در دریا گسترش داده است. با این حال تاکنون استفاده از این جداره‌ها برای پی‌های سطحی متعارف موجود در خشکی کمتر مورد توجه بوده و همچنین تاثیر این جداره‌ها در افزایش ظرفیت باربری این پی‌ها به طور کامل و مشروح بررسی نشده است. با توجه به اندک بودن تعداد تحقیقات انجام گرفته بر پی‌های پاجداری برای استفاده آن‌ها در سازه‌های موجود در خشکی و یا محدود بودن آنها به شکل خاصی از پی و یا نوع خاصی از خاک، تحقیقات گسترده‌تر و دقیق‌تر بر ظرفیت باربری این گونه از پی‌ها و عوامل موثر بر آن، جهت کاربردی کردن آنها برای استفاده در سازه‌های متعارف، لازم به نظر می‌رسد. در این پایان نامه، نتایج حاصل از تحلیل‌های عددی انجام گرفته بر پی‌های واقع بر سطح مجهز به جداره تحت بار قائم ارائه شده است. عوامل موثر بر ظرفیت باربری این دسته از پی‌ها، شامل پارامترهای مقاومتی و سختی خاک، شکل پی، عرض پی، زبری کف پی، ارتفاع جداره، زبری جانبی جداره، ضخامت جداره، صلبیت جداره، مدل رفتاری خاک محصور درون پی و نحوه آرایش جداره‌ها مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته و از طریق مقایسه ظرفیت باربری پی پاجداری با ظرفیت باربری پی واقع بر سطح بدون جداره، میزان تاثیر نصب جداره تعیین شده و در قالب نسبت ظرفیت باربری ارائه شده است. علاوه بر آن ظرفیت باربری پی پاجداری در شرایط متفاوت زبری جداره با ظرفیت باربری پی واقع در عمق جداره مقایسه شده است. همچنین یک رابطه ظرفیت باربری اصلاح شده برای محاسبه ظرفیت باربری پی پاجداری پیشنهاد شده است. تحلیل‌های عددی با استفاده از نرم‌افزار اجزاء محدود ABAQUS و به روش صریح انجام شده‌اند. المان‌های چهارگرهی مربعی در تحلیل‌های متقارن محوری و کرنش مستوی و المان‌های هشت گرهی آجری در تحلیل‌های سه بعدی استفاده شده است. تحلیل‌ها در دو مرحله شامل مرحله ایجاد تنش‌های ژئواستاتیک و مرحله اعمال بارگذاری انجام شده‌اند. بارگذاری به روش کنترل جابجایی صورت گرفته است. پی‌ها در سه شکل دایره‌ای، مربعی و نواری و با کف صلب، و جداره‌ها در دو نوع صلب و انعطاف پذیر مدل شده‌اند. به منظور مدل‌سازی زبری جداره از المان‌های اندرکنش استفاده شده است. پی‌ها در سه عرض 5/0 و 1 و2 متر مورد بررسی قرارگرفته‌اند. جداره‌ها در سه عمق 5/0 و 1 و 2 متر مدل سازی شده‌اند. با اعمال تغییر در محل اتصال جداره از لبه پی به سمت داخل و ایجاد کناره در پی‌های پاجداری دایره‌ای و نواری و با نصب جداره در درون پی‌های پاجداری مربعی، تاثیر نحوه آرایش جداره بر ظرفیت باربری پی بررسی شده است. با جایگذاری مدل رفتاری مغزه خاکی محصور در پی پاجداری با مدل‌های رفتاری کاملا الاستیک و صلب، نحوه و میزان تاثیر مغزه خاکی در ظرفیت باربری بررسی شده است. بر اساس نتایج تحلیل‌ها، نصب جداره، ظرفیت باربری پی واقع بر سطح را در شرایط مورد بررسی از 1/1 تا 2 برابر، بسته به خواص خاک و پی، افزایش می‌دهد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی