Μελέτη της επιρροής επεμβάσεων αύξησης της δυσκαμψίας/δυστμησίας του υπεδάφους θεμελίωσης στη δυναμική απόκριση κατασκευών
Creators: name: Τρευλόπουλος, Κωνσταντίνος Ευαγγέλου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2007
Subjects: αύξηση
Δυσκαμψία
Εδαφος
Δυναμική
Απόκριση
Κατασκευή
Soil
Stiffening
Dynamic
Response
Structure

description: Το φαινόμενο της αλληλεπίδρασης εδάφους-κατασκευής είναι γνωστό ότι επηρεάζει σημαντικά τη σεισμική συμπεριφορά των κατασκευών. Υπάρχει μια γενική άποψη ότι αυτό είναι προς όφελος της αντισεισμικότητας μιας κατασκευής, αλλά αυτό έχει αποδειχθεί ότι είναι μια απλοποιητική έως και εσφαλμένη γενίκευση. Τα δυναμικά χαρακτηριστικά του συστήματος έδαφος-κατασκευή τροποποιούνται όταν βελτιώνεται το έδαφος και συγκεκριμένα όταν αυξάνεται η δυσκαμψία/δυστμησία του. Για αυτό το λόγο η εργασία αυτή διερευνά τον τρόπο που η βελτίωση του εδάφους επηρεάζει την ιδιοσυχνότητα και γενικότερα την απόκριση της κατασκευής και του εδάφους.Η διερεύνηση αυτή έγινε μέσα από μια παραμετρική μελέτη ενός προσομοιώματος του συστήματος ενισχυμένο έδαφος-κατασκευή. Η προσομοίωση έγινε με κατάλληλα επιλεγμένο μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων και αναλύθηκε στο πεδίο των συχνοτήτων με έναν αριθμητικό κώδικα ο οποίος είχε προηγουμένως βαθμονομηθεί με τη χρήση θεωρητικών σχέσεων και άλλων κωδίκων. Συγκεκριμένα εξετάστηκε η δυνατότητα ορθής προσομοίωσης της εδαφικής απόκρισης και η ακρίβεια με την οποία μπορεί να προσδιοριστεί η ενεργός ιδιοσυχνότητα της ανωδομής. Οι παράμετροι της μελέτης είναι αυτοί οι οποίοι σύμφωνα με τη βιβλιογραφία επηρεάζουν τη δυναμική συμπεριφορά του συστήματος ενισχυμένο έδαφος-κατασκευή, δηλαδή η μάζα και η ιδιοσυχνότητα της ανωδομής, το βάθος της επέμβασης, το μέτρο διάτμησης του αρχικού εδάφους, του ενισχυμένου και ο μεταξύ τους λόγος. Επιπλέον το εύρος τιμών του μέτρου διάτμησης του ενισχυμένου εδάφους στην παραμετρική ανάλυση επιλέχθηκε έτσι ώστε να συμφωνεί με τις βιβλιογραφικές πηγές.Πριν διερευνηθεί το συζευγμένο σύστημα ενισχυμένο έδαφος-κατασκευή εξετάστηκε η επιρροή του βάθους της επέμβασης και του μέτρου διάτμησης του ενισχυμένου εδάφους στην εδαφική απόκριση. Αυτό που διαπιστώθηκε είναι ότι η αύξηση του βάθους της επέμβασης και της του μέτρου διάτμησης του ενισχυμένου εδάφους έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του πλάτους της ενίσχυσης της κίνησης του εδάφους στις ανώτερες ιδιομορφές, και την αύξηση των τιμών των αντίστοιχων ιδιοσυχνοτήτων.Στη συνέχεια εξετάστηκε η επιρροή των χαρακτηριστικών της επέμβασης αλλά και της μάζας και της ιδιοσυχνότητας της πακτωμένης ανωδομής στο πλάτος ενίσχυσης της κίνησης της ανωδομής και της θεμελίωσης αλλά και στην ενεργό ιδιοσυχνότητα του συστήματος. Αυτό που προκύπτει από τα αποτελέσματα των αναλύσεων είναι ότι η αύξηση του βάθους της επέμβασης και της του μέτρου διάτμησης του ενισχυμένου εδάφους δεν επηρεάζει σημαντικά την ενεργό ii iιδιοσυχνότητα του συστήματος, ενώ ενισχύει τη μέγιστη απόκριση της ανωδομής. Επιπλέον παρατηρήθηκε ότι για μεγάλες τιμές της κανονικοποιημένης μάζας της ανωδομής μειώνεται σημαντικά η απόκριση της ανωδομής και η ενεργός ιδιοσυχνότητα του συστήματος.Τέλος παρουσιάζεται η μεταβολή της μέγιστης απόκρισης της ανωδομής λόγω της επέμβασης και η σχέση μεταξύ της ενεργού ιδιοσυχνότητας έτσι όπως προσδιορίζεται από τις αριθμητικές αναλύσεις με αυτή που προκύπτει από τη χρήση αναλυτικών σχέσεων. Από τα αποτελέσματα των αναλύσεων προκύπτει ότι η αύξηση της μέγιστης απόκρισης της ανωδομής είναι σημαντική στην περίπτωση δύσκαμπτης κατασκευής με μικρή κανονικοποιημένη μάζα σε μαλακό / χαλαρό έδαφος. Όσον αφορά στην ενεργό ιδιοσυχνότητα του συστήματος παρατηρήθηκε ότι εάν υπολογιστεί με τις σχετικές αναλυτικές σχέσεις χρησιμοποιώντας το μέτρο διάτμησης του ενισχυμένου εδάφους θεμελίωσης (όπως συμβαίνει στη συνήθη πρακτική), τότε η τιμή της παρουσιάζει μια απόκλιση σε σχέση με την τιμή της ενεργού ιδιοσυχνότητας που προσδιορίζεται από τις αριθμητικές αναλύσεις. Η απόκλιση αυτή μπορεί να είναι μέχρι και 100% στην περίπτωση δύσκαμπτων κατασκευών μεγάλης κανονικοποιημένης μάζας σε μαλακό / χαλαρό έδαφος.
description: Soil-structure interaction is known to affect significantly the dynamic behavior of structures. There is a view that this is in favor of the structure’s antiseismicity, but this has been proved to be a simplifying and even a mistaken generalization. The dynamic properties of the soil-structure system are modified when the soil is improved, specifically when its stiffness is increased. Therefore this thesis investigates the way soil-stiffening affects the eigenfrequency and in general the response of the structure and of the soil.This investigation was carried out through a parametric analysis of a model of the improved soil-structure system. The system was simulated with a proper finite element model, which was analyzed in the frequency domain with a numerical code that had been calibrated previously using theoretical formulas and other codes. In specific the ability to simulate soil response was examined and the precision by which the effective frequency of the superstructure can be determined was checked also. The parameters of the analysis are those that according to the bibliography, affect the dynamic behavior of the improved soil-structure system, that is to say the mass and the eigenfrequency of the superstructure, the depth of the intervention in the ground, the shear modulus of the initial and the reinforced soil and their ratio. In addition the span of the values for the shear modulus of the reinforced soil was chosen in accordance to the references.Before examining the coupled soil-structure system the influence of the depth of the intervention and of the shear modulus of the reinforced soil on soil’s response was investigated. The results of the analyses showed that increase of the depth of the intervention and of the shear modulus of the reinforced soil results in decrease of the amplification of the ground’s motion at its higher eigenmodes and increase of the corresponding eigenfrequencies.Having seen that, this thesis looks into the influence of the intervention’s characteristics and of the structure’s mass and eigenfrequency (for fixed base conditions) on superstructure’s and foundation’s amplification of movement and on the system’s effective eigenfrequency. According to the results increase of the depth of the intervention and of the shear modulus of the reinforced soil does not affect significantly the effective frequency of the system, however it augments the maximum response of the superstructure. Furthermore it was noticed that for higher values of the normalized superstructure’s mass, its maximum response and effective eigenfrequency are significantly reduced.Finally this thesis deals with the variation of the maximum response of the superstructure due to soil stiffening and the difference between the value of theii iiveffective period the way it is determined through the numerical analyses and as computed using analytical formulas. The numerical results show that the maximum response of the superstructure increases significantly due to soil-stiffening in the case of a stiff structure with a low value of mormalized mass on a soft / loose soil. As far as the effective eigenfrequency of the system is concerned, it was noticed that if it is calculated with analytical formulas using the shear modulus of the reinforced foundation soil (as it is done in common practice), then it diverges from the value resulting from the numerical analyses. This divergence may be up to 100% in the case of stiff structures of large normalized mass on soft / loose soil.