رویکردهای نوین در مهندسی عمران

رویکردهای نوین در مهندسی عمران

تحلیل عددی مقایسه روش های بهسازی افزایش تراکم و زهکشی در رفتار شمع های تحت بارهای جانبی و قائم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران جنوب
2 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، تهران، ایران.
چکیده
استفاده از پی‌های عمیق در سازه‌های مهندسی عمران به عنوان تکیه‌گاه مناسبی به منظور کنترل تغییر مکان‌های جانبی یا نشست همچنین یک راهکار سازه‌ای در بهسازی خاک‌های روانگرا توسعه یافته است. با این حال صدمات وارده به سازه‌های متکی بر پی‌های عمیق در زلزله‌های گذشته، لزوم انتخاب روش‌های مکمل به منظور افزایش کارایی روش سازه‌ای را اجتناب‌ناپذیر می‌کند. در این مقاله عملکرد و الزامات بهره‌وری شمع در دو روش مختلف بهسازی خاک شامل (1) افزایش تراکم خاک و (2) زهکشی، در ماسه‌های روانگرا به روش المان محدود سه بعدی بررسی شده است. برای ارزیابی پاسخ لرزه‌ای شمع از تحلیل عددی بار افزون با اعمال ترکیب بارهای قائم و جانبی به سرشمع استفاده شده است. در این راستا پارامترهای طول شمع (Lp)، قطر شمع (Dp)، شرایط مرزی سرشمع، روش و ضخامت لایه بهسازی، ارزیابی شده‌اند. نتایج بررسی نشان می‌دهد که به طور کلی استفاده از روش بهسازی با افزایش تراکم خاک، عملکرد بهتری در کاهش جابجایی شمع نسبت به روش زهکشی، در ماسه‌های روانگرا دارد. از طرف دیگر با افزایش قطر شمع و شرایط گیرداری سر شمع در هر دو روش، مقادیر جابجایی کاهش پیدا می‌کند. این در حالیست که با افزایش قطر شمع، مقادیر لنگر خمشی در هر دو روش افزایش می‌یابد. همچنین طول موثر شمع به منظور کنترل معیارهای جابجایی در خاک‌های روانگرا برابر 5 متر است و تغییر مکان با عمق کاهش می‌یابد. از طرف دیگر ضخامت بهینه لایه بهسازی‌شده به روش افزایش چگالی بین دو متر تا Lp/2 است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

1-H. Kishida. "Damage to reinforced concrete buildings in Niigata city with special reference to foundation engineering". Soils Found. Vol.6, NO. 1, 1966, pp.71-88.
2-H. Mizuno. "Pile damage during earthquake in Japan (1923–1983)", ASCE, Dynamic Response of Pile Foundations-Experiment, Analysis and Observation (GSP 11), ASCE Geotechnical Special Publication NO. 11, in Nogami (ed), 1987, pp.53–78.
3-T.L. Youd and S.F. Bartlett, "Case histories of lateral spread from the 1964 Alaskan earthquake". Proceedings of the third Japan–US workshop on Earth resistant design of lifeline facilities and countermeasures for soils liquefaction, Tech. Rep. NCEER, Vol. 91-0001, 1989, pp.147–161. State University of New York, Buffalo.
4-Y. Ohsaki, "Niigata earthquake, building damage and soil condition". Soils Foundation, Vol.6, NO. 2, 1966, pp. 14–37.
5-K. Ishihara, A. Acacio, I. Towhata, "Liquefaction induced ground damage in Dagupan in the July 16, 1990 Luzon earthquake". Soils Found, Vol. 33, NO. 1, 1993, pp.133–154.
6-K. Tokimatsu, H. Kojima, S. Kuwayama and S. Midorikawa, 'Liquefaction-induced damages to buildings in 1990 Luzon earthquake'. J. Geotech. Eng., Vol. 120, NO. 2, 1994, pp. 290–307.
7-S. Wilkinson, D. Grant, E. Williams, S. Paganoni, S. Fraser, D. Boon, A. Mason and M. Free, "Observations and implications of damage from the magnitude Mw 6.3 Christchurch, New Zealand earthquake of 22 February 2011". Bull Earthquake Eng.  Vol. 11, NO. 1, 2013, pp. 107–140.
8-S. Kawamura, T. Nishizawa and H. Wada, "Damage to piles due to liquefaction found by excavation twenty years after earthquake". Nikkei Architecture, May 1984, pp. 130–134.
9-حبیب الهی, محمد. (1403). بررسی روش های مقابله با خاکهای مستعد روانگرایی. رویکردهای نوین در مهندسی عمران, 8(2), 37-44. doi: 10.30469/jnace.2024.456713.1105
10-D. Rayamajhi, R.S. Boulanger, S. A. Ashford and A. Elgamal, "Dense Granular Columns in Liquefiable Ground. II: Effects on Deformations". J. Geotech. Geoenviron. Eng., Vol. 142, NO. 7, July 2016.
11-A. Asgari, M. Oliaei and M. Bagheri, "Numerical simulation of improvement of a liquefiable soil layer using stone column and pile-pinning techniques". Soil Dynamics and Earthquake Engineering Vol. 51, August 2013, pp.77–96.
12-L. Gonzalez, T. Abdoun and R. Dobry, "Effect of soil permeability on centrifuge modeling of pile response to lateral spreading". Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 135, NO. 1, January 2009, pp. 62–73.
13-A. Elgamal, J. Lu and D. Forcellini, "Mitigation of liquefaction induced lateral deformation in a sloping stratum: Three-dimensional numerical simulation". Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 135, NO. 11, November 2009, pp. 1672–1682.
14-J. Lu, Z. Yang, A. Elgamal, "OpenSeesPL 3D lateral pile–ground interaction user manual". San Diego: Department of Structural Engineering University of California, USA, 2006.
15-حمید کوهساری، امیر نجفی، حمید علی الهی و محمد آدم پیرا، "بررسی عوامل موثر بر عملیات تراکم دینامیکی در خاک­های دانه­ای مبتنی بر روش فازی"، نشریه مدل‌سازی در مهندسی، دوره 13، شماره 43، زمستان 1394، صفحه 143-158.
16-مجید پورجناب و امیر حمیدی، "مدل­سازی عددی ارتعاشات زمین در عملیات تراکم دینامیکی بر خاک­های ماسه­ای خشک"، نشریه مدل‌سازی در مهندسی، دوره 11، شماره 32، بهار 1392، صفحه 1-9.
17-D. S. Saxena and J. D. Hussin., "Stone Column Improved and Piezocone Tested Site Supports Mid Rise Building Complex—A Case History". In Ground Improvement, Ground Reinforcement, Ground Treatment, Developments 1987–1997, Geotechnical Special Publication No. 69, American Society of Civil Engineers, New York, 1997, pp. 476–491.
18-H.B. Seed and J.R. Booker, "Stabilization of potentially liquefiable sand deposits using gravel drain systems". J. Geotechnical Engineering Division, Vol. 103, NO. 7, 1977, pp.757–68.
19-S.L. Shen, J.C. Chai, Z.S. Hong and F.X. Cai, "Analysis of field performance of embankments on soft clay deposit with and without PVD-improvement". Geotext. Geomembr. Vol. 23, NO. 6, 2005, pp. 463-485.
20-محسنعلی شایانفر، مصطفی خانزادیف محمد مهدی معمارپور و مهرداد کیمیایی، "برآورد مقاومت نهایی سکوهای ثابت فولادی با استفاده از تحلیل بارافزون استاتیکی و دینامیکی تحت بارگذاری امواج". نشریه مدل­سازی در مهندسی، دوره 8، شماره 21، تابستان 1389، صفحه 1-14.
21-Z. Yang, J. Lu and A. Elgamal, "OpenSees soil models and solid-fluid fully coupled elements: User’s manual". Dept. of Structural Engineering, Univ. of California, San Diego, USA, 2008.
22-M. Alizadeh and M. T. Davisson, "Lateral Load Tests on Piles – Arkansas River Project". JSMFD, ASCE, Vol. 96, NO. 5, September 1970, pp. 31- 40.
23-G. Gazetas, "Seismic response of end-bearing single piles". International Journal of Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Vol. 3, No. 2, April 1984, pp. 82-93.
24-جواد واثقی امیری،  لیلا خان محمدی، محمدعلی قناد و محمدرضا داودی، "اثر اندرکنش خاک- سازه بر تقاضاهای لرزه ای سازه در روندهای طراحی و ارزیابی". نشریه مدل­سازی در مهندسی، دوره 14، شماره 44، بهار 1395، صفحه 49-67.
25-S. Bhattacharya, "Pile instability during earthquake liquefaction". Ph D thesis, University of Cambridge, UK, 2003.
26-S. Bhattacharya, S. P. G. Madabhushi and M. D. Bolton, "An alternative mechanism of pile failure in liquefiable deposits during earthquakes". Geotechnique, Vol. 54, NO. 3, April 2004, pp. 203-213.
27-S.P. Timoshenko and J.M. Gere, "Theory of elastic stability". New York: McGraw-Hill Book Company, USA, 1961.
28-S. Bhattacharya and K. Goda,. "Probabilistic buckling analysis of axially loaded piles in liquefiable soils". Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Vol. 45, February 2013, pp. 13-24.