بررسی اندرکنش شمع-خاک تحت بار زلزله در ساختمان های بلند

عملکرد سازه های متکی بر شمع، هنگام زلزله های ویرانگر اخیر نیاز به افزایش تحقیق ها به منظور تجدیدنظر در آئین نامه های طرّاحی و مقرّرات ساختمان برای جلوگیری از زیان های فاجعه آمیز انسانی و اقتصادی احتمالی در آینده را تقویّت کرده است. همچنین خسارات وارد شده به فونداسیون های شمعی هنگام این زلزله ها، بر اهمیت درکِ sspsi (اندرکنش روسازه-شمع-خاک)، تأکید کرده است. می توان sspsi را به چهار وجه اساسی تقسیم بندی کرد: اندرکنش اینرسیال، اندرکنش سینماتیکی، اندرکنش فیزیکی و میرایی تابشی. این وجوه که تحلیل sspsi را پیچیده می کند، در روش های متداول تحلیل و طراحی فونداسیون های شمعی و سازه ها در نظر گرفته نمی شود؛ در حالی که بسته به پیکربندی گروه شمع، پروفیل خاک و فرکانس طبیعی روسازه، پاسخ سیستم ممکن است نسبت به شرایط واقعی دستِ کم یا دستِ بالا برآورد شده و در نتیجه معیار طرّاحی را به طور اساسی تغییر دهد. در تحقیق حاضر، پاسخ فونداسیون شمعی و روساز? یک ساختمان بلند مرتبه تحت بار لرزه ای و اثرات سینماتیکی و اینرسیال آن، بوسیل? برنام? المان محدود سه بعدی abaqus بررسی شده است. اهداف این تحقیق عبارت اند از: (الف) ایجاد یک مدل المان محدود از روساز? یک ساختمان بلند مرتب? دوازده طبقه با فونداسیون شمعی آن و خاک پیرامونی شمع ها که به درستی اندرکنش های سینماتیکی و اینرسیال یک سیستم کاملاً یکپارچه را مدل کرده و رفتار غیر خطّی خاک و روسازه، جداشدگی بین شمع و خاک، اتلاف انرژی و انتشار امواج را لحاظ کرده باشد؛ (ب) انجام یک تحلیل کاملاً یکپارچه روی مدل ایجاد شده برای ارزیابی اثر اینرسیال روی پاسخ سرشمع ها و اثر سینماتیکی روی پاسخ روسازه با اعمال حرکت زمین به مدل؛ و (ج) ارزیابی اثرات ضخامت کلاهک گروه شمع بر پاسخ سرشمع و روسازه. حرکت زلزله به شکل تاریخچ? زمانی شتاب بر سنگ بستر مفروض بر پای? شبک? المان محدود اعمال شد. برای ارزیابی اثرات اندرکنش سینماتیکی، پاسخ میدان آزاد خاک و پاسخ سرشمع ها حاصل از تحلیل سیستم گروه شمع-خاک با هم مقایسه شد. برای ارزیابی اثرات اندرکنش اینرسیال، پاسخ روسازه که از دو تحلیل کاملاً یکپارچه و تحلیل روسازه با اعمال پاسخ حاصل از تحلیل سیستم گروه شمع-خاک به عنوان تحریک پای? روسازه، به دست آمدند با هم مقایسه گردید. همچنین برای ارزیابی اثرات ضخامت کلاهک گروه شمع، پاسخ سرشمع و روسازه با استفاده از تحلیل کاملاً یکپارچه در سه ضخامت مختلف، باهم مقایسه شد. ملاحظه شد که اندرکنش سینماتیکی در خاک های همگن و خاک لایه ای که لای? نرم روی لای? سخت قرار گرفته باشد اثر زیادی ندارد، حال آن که در خاک لایه ای که لای? سخت روی لای? نرم قرار گرفته باشد اثر افزایشی قابل توجهی دارد. اندرکنش اینرسیال اغلب اثر پاسخ روسازه را در خاک همگن و لایه ای که لای? نرم روی لای? سخت قرار گیرد، بر حسب جابجایی نسبی، نیروی برشی، ممان خمشی و دامن? فوریه کاهش داده در حالی که در حدود پنجاه درصد موارد، اثر فوق را در خاک لایه ای که لای? سخت روی لای? نرم قرار گیرد، بر حسب پارامترهای مذکور افزایش می دهد. همچنین با افزایش ضخامت کلاهک گروه شمع، اثرات پاسخ سرشمع و روسازه افزایش می یابد.