بررسی اثراندرکنش خاک-سازه با مدل هیسترزیس خاک

عامل تغییرشکل پذیری خاک علاوه بر تغییر خصوصیات حرکت آزاد زمین در سطح، ممکن است به علت اندرکنش با سازه تغییرات قابل ملاحظه ای در واکنش سازه ایجاد نماید. رفتار غیرخطی خاک تحت بارهای چرخه ای با شدت تخریبی زیاد، بسیار محتمل است. با این حال در بیشتر مدل سازی ها و تحقیقات انجام شده روی سیستم خاک و سازه، رفتار خاک الاستیک و یا الاستو-پلاستیک در نظرگرفته شده است. هدف از این تحقیق، بررسی اثر اندرکنش خاک و سازه روی پاسخ سازه با مدل هیسترزیس غیرخطی خاک است. مطالعات شامل (1) مدل سازی عددی، در شرایط استاتیکی و دینامیکی با استفاده از نرم افزار تفاضل محدود flac3d و نوشتن کد یک مدل هیسترزیس برای خاک، به زبان برنامه نویسی c++ و اضافه کردن آن به نرم افزار. (2) تحلیل پارامتری سیستم خاک و سازه در شرایط لرزه ای، و ارزیابی میزان تاثیرِ در نظرگرفتن رفتار غیرخطی خاک در واکنش سیستم خاک و سازه می شود. پیش بینی رفتار سیستم پیچیده خاک و سازه تحت بارهای لرزه ای و نیز تخمین نسبتاً درستی از نیروها و تغییرشکل های سیستم، احتیاج به یک مدل سازی پیشرفته دارد. برای دست یابی به این هدف، در مشابه سازی شرایط واقعی سیستم خاک و سازه به این نکات توجه شده است : استفاده از مدل رفتاری هیسترزیس غیرخطی برای خاک، به کارگیری المان های interface در محل های مورد نیاز برای مدل سازی سطوح تماس، استفاده از مرزهای مناسب برای حل مشکل بازتاب امواج دینامیکی. تحلیل های دینامیکی شامل اعمال بارهای مختلف زلزله با مشخصات مصالح خاکی مربوط به هر زلزله، که در دو حالت رفتار خطی و غیرخطی خاک انجام می شود، می گردد. نتایج تحلیل پاسخ زمین در دو حالت خطی و غیرخطی به این صورت بدست آمدند که موجی که به سطح آزاد می رسد شامل فرکانس هایی غیر از فرکانس های موج ورودی به سنگ بستر است که این ناشی از رفتار غیرخطی خاک است. همچنین فرکانس غالب موج سطح آزاد در حالت غیرخطی کمتر از فرکانس غالب در حالت خطی بدست می آید. نتایج تحلیل های مختلف نشانگر این واقعیت است که جابجایی سازه، تا حد زیادی وابسته به مدل رفتاری خاک در تحلیل ها است. به طوریکه در یک مورد به علت تغییر محتوی فرکانسی و نیز تولید فرکانس های اضافه در حالت غیرخطی، فرکانس غالب موج رسیده به کف سازه، نزدیک به فرکانس های طبیعی سازه و باعث بیشترشدن جابجایی های سازه در این حالت نسبت به حالت خطی گردید. در بقیه موارد به علت کمتر شدن دامنه امواج رسیده به کف سازه در حالت غیرخطی، جابجایی های سازه کمتر از حالت خطی بدست آمدند. همچنین برش پایه در حالت خطی، به خاطر به کار افتادن المان های interface و لغزیدن پی روی خاک، کمتر از حالت غیرخطی بدست آمد.