مدل سازی خطی و غیرخطی اندرکنش خاک و سازه به روش مخروط

اندرکنش خاک و سازه از مسائل مهم در مهندسی ژئوتکنیک لرزه ای است که به بررسی تأثیر وجود خاک در پاسخ سازه تحت بار دینامیکی می پردازد. در حالت متداول یک تحلیل دینامیکی فرض می شود که حرکت اعمال شده بر پایه سازه مساوی با حرکت آزاد زمین (free field motion ) می باشد. این فرض تنها در سازه های قرار گرفته بر روی سنگ بسیار سخت صحیح می باشد. چون که سختی بسیار بالای سنگ باعث می شود که این توده به عنوان یک جسم صلب عمل کرده و امواج زلزله را از لایه های پایینی زمین گرفته و عیناً به بالا منتقل کند. در صورتی که در عمل، توده خاک به دلیل رفتار متفاوت با یک جسم صلب، دامنه و محتوای فرکانسی زلزله را تغییر می دهد. گذشته از این مسئله، خاصیت دینامیکی توده خاک در زیر سازه ، باعث بوجود آمدن نیرویی متفاوت با حالت انتهاگیرداری در پی می شود. همچنین خصوصیات توده خاکی نظیر لایه بندی و سختی لایه ها نیز بر میزان عکس العمل خاک تأثیر گذار است. بنابراین می توان دریافت که تحلیل دینامیکی یک سازه، بدون درنظر گرفتن خاک زیرین، می تواند به نتایج غیر واقعی منجر شود . این فرایند که پاسخ خاک ، حرکت سازه و پاسخ سازه ، حرکت خاک را تحت تأثیر قرار می دهد، بعنوان اندرکنش خاک و سازه شناخته می شود. روش های مختلفی برای تحلیل اندرکنش خاک و سازه وجود دارد. از جمله این روش ها، روش مخروط است که بر مبنای رفتارخطی و الاستیک خاک می باشد. در این روش، سختی دینامیکی پی با در نظر گرفتن تشعشع ادامه چکیده پایان نامه مخروطی امواج از پی، محاسبه شده و سپس معادلات تعادل دینامیکی با لحاظ کردن ماتریس سختی دینامیکی خاک و سازه بدست می آید. از حل این معادلات ، خروجی ها شامل جابجایی و دوران پی و سازه قابل حصول است. این روش با توجه به ماهیت رفتار غیر خطی خاک با تقریب هایی روبرو است. لیکن در محدوده کرنش های کم ،جواب قابل قبول و منطقی بدست می دهد. در روش دیگر، می توان با در نظر گرفتن رفتار غیر خطی خاک به روش خطی معادل(equivalent linear method) از روش مخروط بهره برد. به این ترتیب که نسبت میرایی و مدول برشی خاک از نمودار مرجع انتخاب می شود ، فرایند حل مسئله در قالب روش مخروط انجام شده و در نهایت ، مدول برشی و نسبت میرایی نظیر کرنش های بدست آمده با مقادیر اولیه شان مقایسه می شود. این فرایند تا همگرا شدن ثوابت خاک ادامه می یابد. در این پایان نامه سعی بر آنست که با لحاظ کردن شرایط مختلف توده خاکی به لحاظ لایه بندی و نوع قرارگیری پی، مدل سازی خطی و غیرخطی اندرکنش خاک و سازه را به روش مخروط انجام داده و بتوان میزان تأُثیر رفتار غیرخطی خاک را در اندرکنش خاک و سازه بدست آورد. در گام بعدی، مدل سازی سیستم خاک و سازه در نرم افزار abaqusانجام می گیرد. کاملاً روشن است که با بررسی نتایج بدست آمده، می توان دقت روش مخروط را سنجید. البته با توجه به تقریب ها و ساده سازی هایی که در هنگام مدل سازی با نرم افزار صورت می پذیرد، خطای تا میزان 30 درصد قابل قبول می باشد.