intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Tổng quan các nghiên cứu về tương tác đất nền kết cấu và đất nền kết cấu cầu khi phân tích phản ứng động của kết cấu cầu trên móng cọc

Chia sẻ: ViJakarta2711 ViJakarta2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST
Báo xấu
52
lượt xem 1
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết này trình bày sự cần thiết của việc nghiên cứu vấn đề tương tác đất-cọc-kết cấu và tổng quan các nghiên cứu về tương tác đất nền-kết cấu và đất nền-kết cấu cầu khi phân tích phản ứng động của kết cấu cầu trên móng cọc.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tổng quan các nghiên cứu về tương tác đất nền kết cấu và đất nền kết cấu cầu khi phân tích phản ứng động của kết cấu cầu trên móng cọc

  1. Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 106 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ TƢƠNG TÁC ĐẤT NỀN-KẾT CẤU VÀ ĐẤT NỀN-KẾT CẤU CẦU KHI PHÂN TÍCH PHẢN ỨNG ĐỘNG CỦA KẾT CẤU CẦU TRÊN MÓNG CỌC ThS. Đoàn Hữu Sâm Khoa Cầu đường, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung Tóm tắt: Hiện nay, cùng với sự phát triển của các phương pháp thiết kế kháng chấn dựa trên hiệu năng, yêu cầu về đánh giá mang tính định lượng và chính xác hơn ứng xử phức tạp của kết cấu trong phản ứng động đối với tải trọng động đất ngày càng được quan tâm. Bài báo này trình bày sự cần thiết của việc nghiên cứu vấn đề tương tác đất-cọc-kết cấu và tổng quan các nghiên cứu về tương tác đất nền-kết cấu và đất nền-kết cấu cầu khi phân tích phản ứng động của kết cấu cầu trên móng cọc. Từ đó, đưa ra kết luận về các vấn đề cần phải xem xét khi nghiên cứu ảnh hưởng của tương tác đất-kết cấu lên phản ứng động của kết cấu cầu trên móng cọc. Từ khoá: Soil-pile-structure interaction; Seismic response; Pile-supported bridges; Performance-based design; Nonlinearity of soil; Nonlinearity of structure 1. Sự cần thiết của việc nghiên cứu các kết cấu hạ tầng quan trọng (kết cấu vấn đề tƣơng tác đất-cọc-kết cấu khi cầu) đối với các cường độ địa chấn khác phân tích phản ứng động của kết cấu nhau. Hiểu rõ ảnh hưởng của SSI giúp cầu trên móng cọc các kỹ sư, đặc biệt là các kỹ sư Việt Hệ thống giao thông đóng một vai Nam nhận thức đầy đủ hơn về các kết trò quan trọng trong đời sống và sự phát cấu hạ tầng hiện tại cũng như thiết kế triển của mỗi quốc gia, đặc biệt góp một cách hiệu quả cho các kết cấu hạ phần to lớn trong việc khắc phục kịp tầng trong tương lai. thời các hậu quả của thiên tai. Trong hệ Nghiên cứu về ảnh hưởng của SSI thống đó, các công trình cầu lại đóng vai vẫn còn là một khía cạnh đầy thách thức trò then chốt góp phần tạo nên sự thành trong phân tích phản ứng động của kết công của cả hệ thống. cấu, đặc biệt là kết cấu trên móng cọc Những trận động đất gần đây ở khi mà vẫn còn một khoảng cách lớn Sumatra-Indonesia và Nhật Bản đã cho giữa các nghiên cứu về địa kỹ thuật và thấy sức mạnh hủy diệt của các cơn địa nghiên cứu về kết cấu. Trong khi các kỹ chấn mạnh. Những trận động đất này sư địa kỹ thuật thường tập trung nhiều cung cấp một nguồn dữ liệu địa chấn vô hơn ở ứng xử phức tạp của đất nền và giá và thúc đẩy các nghiên cứu liên đơn giản hóa sự hiện diện của kết cấu, quan. Mục tiêu chính của vấn đề nghiên các kỹ sư kết cấu lại quan tâm nhiều hơn cứu được trình bày trong bài báo này là đến ứng xử của kết cấu và đơn giản hóa làm sáng tỏ tầm quan trọng của tương đến mức có thể trong việc mô hình đất tác đất-kết cấu (soil-structure nền và sự tiếp xúc nền đất-kết cấu móng interaction) (SSI) lên phản ứng động của (soil-foundation interface). Điều này là
  2. Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 107 do bản chất phức tạp của vấn đề SSI và năng khác nhau với những mức độ khác những hạn chế thực tế của các công cụ nhau về độ tin cậy (e.g. Bertero and tính toán có sẵn không cho phép các kỹ Bertero 2002 [1], Krawinkler and sư thực hành xem xét một cách đầy đủ Miranda 2004 [2]) [42]. các khía cạnh khác nhau của vấn đề SSI, SSI có thể đóng vai trò đặc biệt chẳng hạn như ứng xử phi tuyến của đất quan trọng trong phản ứng của các kết nền, phi tuyến của kết cấu và sự phi cấu cầu, do dạng kết cấu tương đối đơn tuyến trong tương tác đất-kết cấu móng giản của chúng và mức độ dư thừa thấp (soil-foundation interaction). Đặc biệt, của những kết cấu này làm cho chúng SSI trong móng cọc là một hiện tượng trở nên nhạy cảm với ảnh hưởng của SSI rất phức tạp để có thể mô phỏng, do ứng và chuyển vị gây ra bởi SSI. Điều này xử phức tạp của các cọc riêng lẻ, tương đặc biệt đúng cho các cầu có trụ dạng tác cọc-đất (pile-soil interaction), ứng xử cột đơn và dầm nhịp giản đơn. SSI có phức tạp của các cọc trong nhóm cọc và thể ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo dai tương tác cọc-đất-cọc (pile-soil-pile của trụ cầu hoặc gây ra sự sai khác lớn interaction) [42]. về chuyển vị giữa các trụ. Điều này có Cùng với sự phát triển của các thể gây nguy hại cho các thành phần của phương pháp thiết kế kháng chấn dựa kết cấu cầu nhạy cảm với chuyển vị và trên hiệu năng (performance based làm thay đổi tính nguyên dạng của cầu. earthquake engineering methodologies), Các thành phần nhạy cảm với chuyển vị yêu cầu về đánh giá mang tính định bao gồm cả những thành phần kết cấu và lượng và chính xác hơn ứng xử phức tạp phi kết cấu [42]. của kết cấu trong phản ứng động đối với Thiết kế kết cấu cầu trên móng cọc tải trọng động đất ngày càng được quan dựa vào hiệu năng, yêu cầu phải đánh tâm. Trong khi mục tiêu của các tiêu giá nghiêm ngặt ảnh hưởng của SSI lên chuẩn thiết kế kháng chấn là hướng đến phản ứng động của trụ cầu để có thể trạng thái an toàn, các phương pháp thiết đánh giá chính xác hơn và hiểu rõ hơn kế gần đây nhấn mạnh đến các mục tiêu vai trò của SSI. Mặt khác, trọng tâm của hiệu năng khác nhau và yêu cầu về đánh thiết kế dựa vào hiệu năng là tính toán giá phản ứng động của kết cấu tương và xem xét các chuyển vị phi tuyến như ứng với các mức độ địa chấn khác nhau. là một chỉ số thể hiện mức độ phá hoại Đánh giá phản ứng động phải xem xét trong miền phi đàn hồi tốt hơn so với phản ứng của hệ thống trong miền phi các thông số về lực đạt được từ phân tích đàn hồi để có thể xác định được các mức đàn hồi tuyến tính thường được sử dụng độ phá hoại của hệ thống. Một vấn đề trong thiết kế kết cấu và nền móng (thiết khác của các phương pháp thiết kế dựa kế dựa vào thông số chuyển vị so với trên hiệu năng là sự xem xét một cách rõ thiết kế dựa vào thông số về lực). Vì ràng những thiếu sót về đánh giá khả vậy, xem xét về SSI trong thiết kế dựa năng và phản ứng của kết cấu để tối ưu vào hiệu năng đòi hỏi phải đánh giá hóa thiết kế, đáp ứng các tiêu chuẩn hiệu chính xác ảnh hưởng của SSI lên các
  3. Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 108 chuyển vị phi tuyến của hệ; điều này lại (i) Substructure Methods (Winkler yêu cầu phải xét đến đồng thời ứng xử methods), trong đó một chuỗi các lò xo phi tuyến của đất nền, phi tuyến của và cản được sử dụng để mô tả ứng xử tương tác nền đất-móng và ứng xử phi của đất. Các phương pháp tuyến của kết cấu để có thể đánh giá ―substructure‖ có sẵn dùng để mô hình chính xác tương tác của các thành phần ứng xử động lực học của đất nền có thể khác nhau trong hệ thống nền đất-móng- được phân loại từ lò xo tuyến tính đơn kết cấu [42]. giản xuất phát từ giả định bán không gian đàn hồi (Gazetas, 1991 [4]) đến 2. Tổng quan các nghiên cứu về tƣơng các mô hình phức tạp hơn, trong đó môi tác đất nền-kết cấu và đất nền-kết cấu trường đất được chia thành vùng bên cầu khi phân tích phản ứng động của trong, tiếp giáp với cọc để xem xét sự kết cấu cầu trên móng cọc phi tuyến của đất, và vùng bên ngoài 2.1. Tổng quan về các mô hình thí ứng với sự lan truyền sóng ở xa cọc và nghiệm xem xét tính cản của môi trường đất Nhiều nhà nghiên cứu đã tiến hành (Mostafa and El Naggar, 2002 [5]). Do nghiên cứu trên các mô hình thí nghiệm tính chất đơn giản nên các phương pháp thực tế và mô hình thu nhỏ để tìm hiểu Winkler thường được sử dụng trong về vấn đề tương tác đất-kết cấu và ảnh thực tế để mô tả môi trường đất khi hưởng của tương tác này lên phản ứng phân tích SSI xét đến ứng xử động lực của cả hệ thống kết cấu. Các mô hình thí học của đất nền và khả năng phình trồi, nghiệm này có thể phân loại thành bốn hở hoặc trượt. Tuy nhiên, như đã đề cập nhóm như sau: Thí nghiệm chấn động bởi nhiều nhà nghiên cứu (e.g., Allotey của môi trường (Ambient Vibration and El Naggar, 2008 [6]; Finn, 2005 Tests), Thí nghiệm chấn động cưỡng [7]; Hokmabadi et al., 2012a [8]), việc bức (Forced Vibration Tests), Thí lý tưởng hóa sự liên tục của đất nền nghiệm bàn lắc (Shake Table Tests), Thí bằng các phản lực nền rời rạc và không nghiệm quay ly tâm (Centrifugal Tests). xét đến sự truyền cắt trượt giữa các lò 2.2. Tổng quan về các phƣơng pháp xo rõ ràng là những thiếu sót cơ bản về phân tích cơ chế trong các mô hình Winkler. Trong các thập kỷ qua, nhiều tác (ii) Elastic Continuum Methods, giả đã nghiên cứu về vấn đề tương tác dựa trên lời giải có nghiệm kín của động lực học nền đất-cọc-kết cấu Mindlin (1936) [10] khi cho tải trọng (seismic soil-pile-structure interaction) tập trung tác dụng lên môi trường đàn (SSPSI) và ảnh hưởng của hiện tượng hồi bán vô hạn. Tajimi (1969) [11] là này lên phản ứng của các kết cấu khác người đầu tiên sử dụng lý thuyết nhau. Các phương pháp phân tích đã ―elastic continuum‖ để mô tả tương tác được phát triển để nghiên cứu về tương động lực học đất nền-cọc. Poulos (e.g., tác đất-cọc-kết cấu có thể phân loại Tabesh and Poulos, 2001 [12]) là người thành ba nhóm như sau [3]: tiên phong trong việc sử dụng lời giải
  4. Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 109 đàn hồi cho phản ứng của móng cọc đối hơn (e.g., Dutta and Roy, 2002 [14]; với các tải trọng dọc trục và tải trọng Tabatabaiefar et al., 2013 [15]). ngang, và đã trình bày một loạt các 2.3. Tổng quan về tƣơng tác đất nền- phương pháp phân tích và thiết kế toàn kết cấu và đất nền-kết cấu cầu diện cho móng cọc dựa trên lý thuyết Ảnh hưởng của SSI cần phải được ―elastic continuum‖. Tuy nhiên, trong xem xét để đánh giá một cách hiệu quả các phương pháp ―elastic continuum‖, phản ứng của hệ thống đất nền-kết cấu độ chính xác của lời giải dựa trên việc cầu. Để đơn giản trong quá trình phân đánh giá các tham số đàn hồi của đất tích động lực học kết cấu, các kỹ sư nền và rất khó để xem xét các tính chất thường giả định điều kiện ―fixed-base‖ phi tuyến của đất. Vì vậy, các phương (Hình 1). Trong nhiều trường hợp, điều pháp này thích hợp hơn cho các bài kiện ―fixed-base‖ không phản ánh đúng toán liên quan đến biến dạng nhỏ và thực tế. Kết cấu phần trên của cầu được trạng thái ổn định. gánh đỡ bởi kết cấu móng bên dưới, và (iii) Numerical Methods (phương đất nền xung quanh móng có khả năng pháp số): sự phát triển mạnh mẽ của biến dạng; do vậy cho phép móng có các máy vi tính đã làm thay đổi đáng kể khả chuyển vị xoay và/hoặc chuyển vị thẳng năng tính toán và làm cho các phương — điều này thường được gọi là điều pháp này trở nên phổ biến hơn khi kiện ―flexible-base‖. Do đó, giả định nghiên cứu các ứng xử tương tác phức ―fixed-base‖ thường được sử dụng đã bỏ tạp. Sử dụng các phương pháp này, qua ảnh hưởng của SSI, trong khi giả chúng ta có thể thực hiện các phân tích định ―flexible-base‖ lại xét đến ảnh theo thời gian xét đến các ảnh hưởng hưởng này [43]. như quan hệ ứng suất-biến dạng phi tuyến của đất nền và kết cấu, vật liệu và Mylonakis and Gazetas (2000) [16] tính cản, các điều kiện biên phức tạp, và đã kiểm chứng sự khác biệt giữa kết cấu sự tiếp xúc đất-kết cấu. Một ưu điểm có ―fixed-base‖ và kết cấu có ―flexible- khác của việc sử dụng các phương pháp base‖. Một ví dụ của hai dạng kết cấu số là khả năng thực hiện phân tích này được thể hiện trên Hình 1. Hai kết SSPSI cho nhóm cọc một cách đầy đủ và cấu có đặc điểm dao động khác nhau, vì đồng thời mà không cần đến việc tính vậy phản ứng động của chúng cũng khác toán độc lập cho cọc hay phản ứng của nhau. Đối với kết cấu có ―flexible-base‖, kết cấu, hoặc phải sử dụng hệ số tương vị trí tiếp xúc đất nền-móng có thể biến tác của nhóm cọc (Meymand, 1998 dạng được; do đó, chu kỳ cơ bản T của [13]). Do đó, các phương pháp số có thể kết cấu có ―flexible-base‖ sẽ dài hơn và giúp thu thập được các thông số khác tỷ số cản của nó  sẽ lớn hơn so với kết nhau liên quan đến SSPSI sát với thực tế cấu có ―fixed-base‖ tương ứng [43].
  5. Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 110 Hình 1. Ảnh hưởng của tương tác đất nền-kết cấu (soil-structure interaction) (SSI) đến chu kỳ cơ bản và tỷ số cản của kết cấu có “flexible-base” theo NEHRP-97 (Mylonakis and Gazetas, 2000). Hình 2 mô tả một phổ phản ứng thiết kế trơn lý tưởng tổng quát thường được trình bày trong các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn. Khi xem xét ảnh hưởng của SSI (chẳng hạn sự gia tăng của chu kỳ cơ bản và cản có hiệu), gia tốc và ứng suất trong kết cấu và móng thông thường sẽ nhỏ hơn, như được miêu tả bởi đường nét đứt trên Hình 2.
  6. Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 111 Hình 3. Sự suy giảm trong lực cắt chân kết cấu do tương tác đất nền-kết cấu (SSI) theo tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn NEHRP-97 (Mylonakis and Gazetas, 2000). Mặc dù điều nói trên là đúng cho thiết kế thông thường (trái ngược với nhiều kết cấu và môi trường địa chấn, phổ phản ứng thực tế) được sử dụng tuy nhiên vẫn có nhiều trường hợp khi đánh giá phản ứng động xét đến được ghi nhận trong lịch sử đã chứng SSI. Khả năng gia tăng phản ứng do minh rằng điều này không phải là luôn SSI cũng đã được đề cập trước đó bởi luôn đúng. Gazetas and Mylonakis Jennings and Bielak (1973) [19], and (1998) [17] đã đưa ra một nhìn nhận Veletsos (1993) [20] và gần đây đã tổng quan về phương pháp phân tích được chứng minh bởi nhiều nhà nghiên SSI và tái khám phá vai trò của SSI lên cứu khác như Sextos et al. (2002) [21] phản ứng động của trụ cầu trên móng and Jeremic et al. (2004) [22]. cọc bằng cách nghiên cứu sự phá hủy Martin and Lam (2000) [23] giải của các cầu trên tuyến cao tốc Hanshin thích rằng việc thiết kế kết cấu theo số 3 ở Higashi-nada, với các cột đơn truyền thống dựa vào lực, giả định các tiết diện tròn được gánh đỡ bởi móng thành phần của kết cấu móng là tuyệt đối cọc, trong trận động đất mạnh Hanshin cứng hoặc đàn hồi và phải đảm bảo là xảy ra vào năm 1995 ở Nhật Bản hiệu ứng của tải trọng lên kết cấu phải (Động đất Kobe). Họ đã phát hiện ra nhỏ hơn sức kháng của nền móng. Họ đề rằng SSI có thể đã góp phần vào sự phá cập đến một sự thay đổi lớn trong triết lý hoại các cây cầu này bằng cách làm gia thiết kế theo truyền thống của lĩnh vực tăng (kéo dài) chu kỳ tự nhiên của hệ địa kỹ thuật đó là khái niệm về cho phép kết cấu, dẫn đến phổ gia tốc cao hơn ở huy động sức kháng cực hạn của nền chu kỳ đã bị thay đổi. Mylonakis and móng trong quá trình xảy ra địa chấn và Gazetas (2000) [18] tiếp tục khám phá phát biểu rằng các phương pháp thiết kế ra ảnh hưởng của SSI bằng cách thảo cần phải xét đến hiệu năng của nền luận về những quan niệm sai lầm liên móng và ảnh hưởng của nó lên phản ứng quan đến việc bỏ qua SSI như một giả tổng thể của cầu. Martin and Lam (2000) định bảo thủ và giải thích các đặc trưng cùng với Fenves (1998) [24] đã thực phổ địa chấn phụ thuộc vào cả thông số hiện các nghiên cứu về độ nhạy cảm của đầu vào địa chấn và điều kiện đất nền phản ứng động lực học của mô hình cầu có thể dẫn đến những phản ứng động tổng thể với sự mô tả cải tiến về đặc cao hơn ở chu kỳ tự nhiên được kéo dài trưng của nền móng bằng cách sử dụng của kết cấu như thế nào khi xem xét các lò xo phi tuyến (nonlinear springs) ảnh hưởng của SSI, mặc dù lúc này đặc với các phần tử hở (gapping elements) trưng cản có thể gia tăng do SSI. Họ và họ đã kết luận rằng các nghiên cứu chứng minh rằng SSI có thể dẫn đến sự trong tương lai nên chú trọng vào việc gia tăng đặc trưng dẻo dai của trụ cầu tìm hiểu và mô hình ứng xử phi tuyến trên đất yếu và đã kết luận rằng điều của nền móng và tích hợp những mô này không thể thấy được nếu các phổ hình như thế với phân tích phi tuyến kết
  7. Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 112 cấu để cho phép đánh giá hiệu năng một tương đối của tương tác kết cấu và nền cách tổng thể. móng, và phải xem xét cả tương tác Finn (2004a, 2004b) [25, 26] động học và tương tác quán tính khi nghiên cứu thực tế về đặc điểm làm việc phân tích. của nền móng ảnh hưởng lên phản ứng Crouse and McGuire (2001) [30] của kết cấu và đã đánh giá tính hiệu quả đề cập đến ảnh hưởng của SSI bằng của các phương pháp xấp xỉ khác nhau. quan điểm tiêu tán năng lượng. Họ đã Ông cho rằng một điểm yếu trong việc trình bày tình trạng chung của việc đánh mô hình kết cấu trên móng cọc đó là sự giá SSI bởi các kỹ sư kết cấu liên quan mô tả không đầy đủ về nền móng do bỏ đến sự tiêu tán năng lượng và cho rằng qua sự kết hợp giữa độ cứng chống trượt sự tiêu tán năng lượng trong SSI thường và xoay của nền và thay nền bằng các lò bị bỏ qua hoặc áp dụng sai khi thiết kế xo đơn giản. Ông cho biết thêm rằng hầu kết cấu. Họ đã đề cập đến những lỗ hết các phương pháp xấp xỉ được sử hổng kiến thức trong việc đánh giá SSI, dụng để đánh giá độ cứng của nền đều và đã trình bày các phương pháp thực dựa trên phân tích cho cọc đơn và các hành nhận dạng hệ thống để đánh giá tỷ giả định khác được đưa ra để xem xét số cản kết hợp cho những mode dao phản ứng của nhóm cọc. Ông cho rằng động quan trọng của kết cấu xem xét cả các yếu tố như sự phi tuyến của đất nền, về đặc trưng vật liệu và đặc trưng cản tương tác động học (kinematic của SSI. interaction) giữa các cọc và đất nền, Kim and Roesset (2004) [31] đã tương tác quán tính (inertial interaction) nghiên cứu tính chất quan trọng của việc của kết cấu với đất nền và các cọc, xét đến ứng xử phi tuyến của đất nền tương tác động lực học (dynamic trong quá trình đánh giá ảnh hưởng của interaction) giữa bản thân các cọc với SSI lên phản ứng phi đàn hồi của kết nhau, và áp lực nước lỗ rỗng do chấn cấu. Họ đã chứng minh sự khác biệt động phải được xem xét đồng thời để có đáng kể giữa phản ứng với đất nền đàn thể có được một cái nhìn hoàn chỉnh về hồi và phản ứng với đất nền phi đàn hồi, ảnh hưởng của nền móng lên phản ứng và cho thấy tầm quan trọng của việc xét động của kết cấu. Ông cũng đã khảo sát đến sự phi tuyến của phản ứng đất nền, độ tin cậy của các phương pháp xấp xỉ đặc biệt là đối với móng cọc. trong việc mô tả độ cứng chống trượt và Shamsabadi et al. (2007) [32] đã xoay của móng cọc trong các mô hình số phát triển một mô hình động lực học phi của trụ cầu trên móng cọc bằng cách sử tuyến ba chiều cho công trình cầu (3D dụng một mô hình đất nền liên tục ba nonlinear dynamic bridge model) để chiều giả lập phi tuyến (a pseudo-3- phân tích các mô hình hyperbolic của dimensional nonlinear continuum soil đất đắp ở hai mố cầu. Dữ liệu của hai model) (Wu and Finn 1997a and 1997b trận động đất với xung vận tốc mạnh đã [27, 28], Thavaraj and Finn 2001 [29]), được sử dụng để phân tích cho mô hình và nêu bật tầm quan trọng của độ cứng cầu bao gồm: 1994 Northridge,
  8. Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 113 California, Rinaldi Station và 2005 vượt các quá mức hiệu năng xác định Kobe, Japan, Takarazu Station. trước như là một hàm của cường độ địa Shamsabadi et al. (2007) kết luận rằng chấn nguy hiểm và tiềm năng hóa lỏng sức kháng của đất đắp ở mố cầu có ảnh cho vùng trung và đông nước Mỹ. Hệ hưởng đáng kể lên chuyển vị cực đại của thống CBSF bao gồm các thành phần kết kết cấu phần trên của cầu. Do đó, khi cấu cầu 3D và đất nền 2D được kết nối đánh giá phản ứng của cầu đối với địa bởi các phần tử đất đặc trưng bằng các chấn thực tế theo các phân tích và thiết lò xo 1D p-y. Hệ thống phần tử hữu hạn kế dựa trên hiệu năng cần phải có sự của cầu được mô hình trong chương phân tích các mố cầu. trình OpenSees như một cầu dầm thép Zhang et al. (2008) [33] đã phát liên tục nhiều nhịp. Các kết quả nghiên triển một mô hình phần tử hữu hạn phi cứu của Aygün et al. (2010) đã chứng tuyến hai chiều tiên tiến (2D advanced minh tầm quan trọng của việc xem xét nonlinear finite-element model) cho ảnh hưởng của SSI lên phản ứng động công trình cầu Humboldt Bay Middle của hệ thống CBSF (3D bridge- Channel (HBMC) trong chương trình foundation system with 2D soil mesh phần tử hữu hạn OpenSees để đánh giá connected by 1D p-y soil springs) và đã phản ứng động của cầu xét đến ảnh đưa ra một cơ sở lý thuyết đầy đủ và hưởng của SSI. Mô hình phần tử hữu hiệu quả để đánh giá các cơ chế phá hoại hạn bao gồm kết cấu, nhóm cọc, nền đắp cầu. Sử dụng phương pháp này để phát đường đầu cầu, và đất nền. Dựa trên kết triển các phân tích xác suất chi tiết của quả mô phỏng, Zhang et al. (2008) đã một hệ đất nền-kết cấu cầu cho phép kết luận rằng phản ứng của kết cấu phần chúng ta xác định một cách hiệu quả trên của cầu chịu ảnh hưởng đáng kể bởi nguy cơ địa chấn và có thể đưa tính chất biến dạng phi đàn hồi của đất nền. mỏng manh của hệ thống vào các nghiên Những phát hiện này phù hợp với những cứu độ tin cậy trong tương lai. nghiên cứu phân tích khác đã được thực Khosravifar (2012) [40] đã phát hiện bởi nhiều tác giả cho các cầu vượt triển một mô hình phần tử hữu hạn 2D nhịp ngắn và chỉ ra rằng phản ứng động trong chương trình OpenSees để đánh của kết cấu phần trên của cầu cùng với giá ảnh hưởng của sự nở ngang và hóa phản ứng của mố và đất đắp chịu ảnh lỏng lên phản ứng phi đàn hồi của kết hưởng chủ yếu bởi ứng xử của đất nền cấu trên móng cọc đài bè. Hệ thống đất (Werner et al., 1987, 1990, 1994 [34, 35, nền-kết cấu bao gồm một móng cọc đơn 36]; Wilson and Tan, 1990a,b [37, 38]). đài bè phi tuyến, trụ cầu dạng cột phi Aygün et al. (2010) [39] đã phát tuyến, bản mặt cầu, và cột đất một lớp triển những mối tương quan mới nhằm phi tuyến kết nối với cọc bằng các phần thu thập dữ liệu xác suất có điều kiện tử đất đặc trưng bởi các lò xo nằm của các thành phần của hệ kết hợp kết ngang, thẳng đứng và bên dưới mũi cọc. cấu cầu-đất nền-móng (coupled bridge- Khosravifar (2012) đã đánh giá một cách soil-foundation) (CBSF) đạt tới hoặc cụ thể phản ứng của cọc theo phương
  9. Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 114 ngang và một nghiên cứu về tham số đã cọc để có thể xác định được các trường được tiến hành để xác định độ nhạy cảm hợp chịu ảnh hưởng đáng kể của SSI và của hệ thống với các tham số khác nhau. có thể định lượng được các ảnh hưởng Các kết quả nghiên cứu của Khosravifar của SSI là gì và chúng ảnh hưởng như (2012) mặc dù chủ yếu liên quan đến thế nào đến hiệu năng tổng thể của kết ảnh hưởng của sự nở ngang và hóa lỏng cấu cầu. nhưng đã làm nổi bật ảnh hưởng của SSI Để đánh giá chính xác SSI yêu cầu lên phản ứng động của hệ thống đất nền- phải có một phương pháp tiếp cận hệ kết cấu cầu. thống trong phân tích SSI với sự mô tả Chiaramonte (2011) [41] đã phát kết hợp đầy đủ các thành phần chính của triển một loạt các mô hình phân tích hệ thống và với sự xem xét xác đáng phần tử hữu hạn 2D trong chương trình ứng xử phi tuyến của đất nền, kết cấu và OpenSees của một kết cấu cầu cảng trên sự tiếp xúc đất nền-kết cấu. Đặc trưng móng cọc ở Oakland, California. Kết cản của hệ thống cũng cần phải được cấu bao gồm một bản mặt cầu bê tông xem xét một cách thích hợp. cốt thép được gánh đỡ bởi hệ các cọc bê Đánh giá ảnh hưởng của SSI phải tông cốt thép dự ứng lực. So sánh với xem xét các mục tiêu hiệu năng khác kết quả từ phân tích tĩnh pushover (static nhau và các mức độ địa chấn khác nhau. pushover analysis) (no soil column) và Đánh giá SSI phải phù hợp với phân tích động lực học tương ứng với 13 các phương pháp thiết kế dựa trên dữ liệu địa chấn khác nhau đã cho thấy chuyển vị, tức là phù hợp với mục tiêu được ảnh hưởng của SSI. đánh giá các chuyển vị phi đàn hồi của 3. Kết luận kết cấu cầu và nền móng như là những Tổng quan các nghiên cứu liên tham số yêu cầu chính. quan nói trên cho thấy sự cần thiết phải Đánh giá SSI phải xem xét những đánh giá chính xác ảnh hưởng của SSI thiếu sót liên quan đến thông số đầu vào lên phản ứng động của kết cấu cầu trên địa chấn, các điều kiện đất nền và các móng cọc và cần phải xem xét các vấn đặc trưng của hệ để hệ có thể được thiết đề sau: kế tối ưu, đáp ứng các tiêu chuẩn hiệu Cần phải có một nhìn nhận mang năng khác nhau với các mức độ khác tính định lượng về ảnh hưởng của SSI nhau về độ tin cậy thiết kế cho một công lên phản ứng của kết cấu cầu trên móng trình cụ thể. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bertero, R.D. and Bertero, V.V. (2002). Performance-Based Seismic Engineering: the Need for a Reliable Conceptual Comprehensive Approach, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 31, No. 3, pp 627-652. [2] Krawinkler, H. and Miranda E. (2004). Performance-Based Earthquake Engineering, Earthquake Engineering from Engineering Seismology to Performance Based Design, Ed. Bozorgnia, Y. and Bertero V.V., CRC Press, FL.
  10. Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 115 [3] A.S. Hokmabadi, B. Fatahi , B. Samali(2014) ―Seismic Response of Mid-rise Buildings on Shallow and End-bearing Pile Foundations in Soft Soil, ‖Soils and Foundations ,Vol.54, No.3, pp 345–363. [4] Gazetas, G., 1991. Formulas and charts for impedances of surface and embedded foundations. J. Geotech. Eng. 117, 1363–1381. [5] Mostafa, Y.E., El Naggar, M.H., 2002. Dynamic analysis of laterally loaded pile groups in sand and clay. Can. Geotech. J. 39, 1358–1383. [6] Allotey, N., El Naggar, M.H., 2008. Generalized dynamic Winkler model for nonlinear soil–structure interaction analysis. Can. Geotech. J. 45, 560–573. [7] Finn, W.D., 2005. A study of piles during earthquakes: issues of design and analysis. Bull. Earthquake Eng., 3. Springer, pp. 141–234. [8] Hokmabadi, A.S., Fakher, A., Fatahi, B., 2012a. Full scale lateral behaviour of monopiles in granular marine soils. Mar. Struct. 29, 198–210. 9] Hokmabadi, A.S., Fatahi, B., Samali, B., 2012b. Recording inter-storey drifts of structures in time-history approach for seismic design of building frames. Aust. J. Struct. Eng. 13, 175–179. [10] Mindlin, R.D., 1936. Force at a point in the interior of a semi-infinite solid. Physics 7, 195–202. [11] Tajimi, H., 1969. Dynamic analysis of a structure embedded in an elastic stratum. In: Proceedings of Fourth World Conference on Earthquake Engineering, Santiago, USA, 53–69. [12] Tabesh, A., Poulos, H.G., 2001. The effects of soil yielding on seismic response of single piles. Soils Found. 41, 1–16. [13] Meymand, P.J., 1998. Shaking Table Scale Model Tests of Nonlinear Soil–Pile– Superstructure in Soft Clay. University of California, Berkley. [14] Dutta, S.C., Roy, R., 2002. A critical review on idealization and modeling for interaction among soil–foundation–structure system. Comput. Struct. 80, 1579–1594. [15] Tabatabaiefar, H.R., Fatahi, B., Samali, B., 2013. Seismic behavior of building frames considering dynamic soil–structure interaction. Int. J. Geomech. 13, 409–420. [16] G. Mylonakis and G. Gazetas. Seismic soil-structure interaction: beneficial or detrimental? Journal of Earthquake Engineering, 4(03):277–301, 2000. [17] Gazetas, G. and Mylonakis, G. (1998). Seismic Soil-Structure Interaction: New Evidence and Emerging Issues, Proceedings of the Specialty Conference on Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics III, Vol. 1, pp 1119-1174, Edited by Dakoulas, P., Yegian, M. and Holtz, R.D. ASCE Geotechnical Special Publication No.75. [18] Mylanokis G., and Gazetas G., (2000). Seismic Soil-Structure Interaction: Beneficial or Detrimental?, Journal of Earthquake Engineering, Vol. 4, No. 3, pp 277- 301, Imperial College Press.
  11. Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 116 [19] Jennings, P.C and Bielak, J. (1973). Dynamics of Building-soil Interaction, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 63, No. 1, pp. 9-48. [20] Veletsos, A.S. (1993). Design Concepts for Dynamics of Soil-Structure Interaction, Developments in Dynamic Soil-Structure Interaction, Ed. Giilkan, P. and Clough R.W., Kluwer Academic Publishers, Netherlands. [21] Sextos, A., Kappos, A. and Pitilakis, K. (2002). Effects of Analysis Complexity on the Calculated Ductility Demand of RAC Bridge Piers, Proceeding of the 12th European Conference on Earthquake Engineering, London, England. [22] Jeremic, B., Kunnath, S. and Xiong, F. (2004). Influence of Soil-Foundation- Structure Interaction on Seismic Response of the 1-880 Viaduct, Engineering Structures, Vol. 26, No. 3,pp 391-402. [23] Martin, G.R. and Lam, LP. (2000). Earthquake Resistant Design of Foundations - Retrofit of Existing Foundations, Proceedings of the GeoEng 2000 International Conference on Geological and Geotechnical Engineering, Melbourne, Australia. [24] Fenves, G. (1998). Effects of Footing Rotation on Earthquake Behaviour of Pile Supported Bridge Piers, Technical Report for Earth Mechanics, Inc., National Centre for Earthquake Engineering, Task E-4.1. [25] Finn, W.D.L. (2004a). Urban Earthquake Engineering: Foundation Characterization for Performance Based Design, International Conference on Urban Earthquake Engineering, Centre for Urban Earthquake Engineering, Tokyo Institute of Technology, Japan. [26] Finn, W.D.L. (2004b). Characterizing Pile Foundations for Evaluation of Performance Based Seismic Design of Critical Lifeline Structures, 13"' World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, BC, Canada [27] Wu, G. and Finn W.D.L. (1997a). Dynamic Nonlinear Analysis of Pile Foundation Using Finite Element Method in the Time Domain, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 34, No. l,pp 44-52. [28] Wu, G. and Finn W.D.L. (1997b). Dynamic Nonlinear Analysis of Pile Foundation Using Finite Element Method in the Frequency Domain, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 34, No. l,pp 34-43. [29] Thavaraj, T. and Finn, W.D.L. (2001). A Program for Dynamic Analysis of Bridges Incorporating Foundation Springs with Specified Time Histories of Stifnesses, Anabuki Chair of Foundation Geodynamics, Kagawa University, Japan. [30] Crouse, C.B. and McGuire, J. (2001). Energy Dissipation in Soil-Structure Interaction, Earthquake Spectra, Vol. 17, No. 2, pp 235-259. [31] Kim, Y.-S. and Roesset, J.M. (2004). Effect of Nonlinear Soil Behavior on Inelastic Seismic Response of a Structure, International Journal of Geomechanics, ASCE, Vol. 4, No. 2, pp 104-114.
  12. Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 117 [32] A. Shamsabadi, K.M. Rollins, and M. Kapuskar. Nonlinear soil–abutment–bridge structure interaction for seismic performance-based design. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 133(6):707–720, 2007. [33] Y. Zhang, J.P. Conte, Z. Yang, A. Elgamal, J. Bielak, and G. Acero. Two- dimensional nonlinear earthquake response analysis of a bridge-foundation-ground system. Earthquake Spectra, 24(2):343–386, 2008. [34] S.D. Werner, J.L. Beck, and M.B. Levine. Seismic response evaluation of Meloland Road Overpass using 1979 Imperial Valley Earthquake records. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 15:249–274, 1987. [35] S.D. Werner, J.L. Beck, and A. Nisar. Dynamic tests and seismic excitation of a bridge structure. In Proceedings of the Fourth U.S. National Conference on Earthquake Engineering, Palm Springs, EERI, California, 1990. [36] S.D. Werner, C.B. Crouse, L.S. Katatfygiotis, and J.L. Beck. Use of strong motion records for model evaluation and seismic analysis of a bridge structure. In Proceedings of the Fifth U.S. National Conference on Earthquake Engineering, Chicago, EERI, California, 1994. [37] J.C. Wilson and B.S. Tan. Bridge abutments: assessing their influence on earthquake response of meloland road overpass. Journal of Engineering Mechanics, 116(8):1828–1837, 1990a. [38] J.C. Wilson and B.S. Tan. Bridge abutments: assessing their influence on earthquake response of meloland road overpass. Journal of Engineering Mechanics, 116(8):1838–1856, 1990b. [39] B. Ayg¨un, L. Due˜nas-Osorio, J.E. Padgett, and R. DesRoches. Efficient longitudinal seismic fragility assessment of a multispan continuous steel bridge on liquefiable soils. Journal of Bridge Engineering, 16(1):93–107, 2010. [40] A. Khosravifar. Analysis and design for inelastic structural response of extended pile shaft foundations in laterally spreading ground earthquakes. PhD thesis, University of California, Davis, 2012. [41] M.M. Chiaramonte. An analysis of conventional and improved marginal wharves. Master’s thesis, University of Washington, 2011. [42] Ghalibafian, H. (2006). Evaluation of the effects of nonlinear soil-structure interaction on the inelastic seismic response of pile-supported bridge piers, Ph.D. Dissertation, University of British Columbia, Vancouver, BC. [43] Barbosa AR, Mason HB, Romney K. ―SSI-Bridge: Solid-Bridge Interaction During Long-Duration Earthquake Motions,‖ University of Washington, Seattle, WA, USDOT University Transportation Center for Federal Region 10, PacTrans Report, 2014.
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2418 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2