در طول دهه ی گذشته،علاقه به موضوع تعامل لرزه ای سازه -خاک (SSI) تغییری تدریجی از روساخت به پی(فونداسیون) داشته است.مطالعات تحقیقات اخیر در رابطه با SSI نشان میدهد که نیازهای شکل پذیری (نرمی)[1] لرزه ای به علت غیرخطی بودن که عمدتا از بسیج ظرفیت نهایی و پاسخ بالا آمدگی پی های سطحی حاصل می شود.،کاهش یافته است.این مطالعات عمدتا بر سازه های بلند و باریک سخت (سفت)[2] بر روی فونداسیون های کوچک ،نظیر دیوارهای برشی]1[ ،پایه های پل ]2 و 3[ ،و سازه های قاب بندی شده ]4و5[ متکی بوسیله ی پایه ستون های گسترده [3]متمرکز شده است.یافته شده است که بلند شدگی [4] از یک طرف پایه ستون [5] نه تنها منجر به غیر خطی شدن هندسی در خط اتصال خاک-پایه ستون می شود،بلکه باعث تسلیم شدگی خاک در جهت دیگر نیز می شود،که به نوبه ی خود باعث افزایش نیروی آپ لیفت [6]می شود.اجازه دادن به بسیج ظرفیت باربری فونداسیون از طریق تسلیم شدگی خاک و بالاآمدگی فونداسیون ،بارهای حداکثر را که میتوانند به عنوان روساخت [7] عمل کنند را محدود میکند و همچنین منجر به مقدار اتلاف انرژی قابل توجهی به علت میرایی هیستریک [8]در خاک می شود]6[.
از سوی دیگر،سازه های متکی بر پایه های گسترده (پی های منفرد) [9]ممکن است نشست های تفاضلی غیرمنتظره ای زیادی را در زمان تکان های قوی تجربه کنند.این پدیده،که ناشی از هر یک از ،توزیع ناهمگون بارهای سازه ای سنگین در سرتاسر پایه ستون ،شرایط خاک ضعیف ،یا ترکیبی از این دو است،میتواند منجر به شکست اجزاء سازه و از این رو آسیب های غیرقابل تعمیر یا فروریختگی (سقوط) سازه ها شود]7[.پی های گسترده[10]،در این موارد،جهت گسترش بارها از سازه به زمین مناسب تر هستند.برخلاف دیوارهای برشی ،پایه های پل،سازه هایی که بر پی های گسترده [11]متکی هستند معمولا با نسبت لاغری متوسط طراحی شده اند.این امر منجر به تعاملی قوی بین حرکت های نوسانی و جنبشی فونداسیون در زمانی که تحت مولفه ی افقی حرکت قوی زمین است،می شود.
نشان داده شده است که غیرخطی بودن در خاک (مربوط به کرنش های بزرگ) و در خط اتصال خاک-فونداسیون تقریبا در حوادث لرزه ای قوی اجتناب نا پذیر هستند ] 8[.روش شناسی طراحی لرزه ای مبتنی بر عملکرد درصورتیکه پاسخ های هر دو، اجزاء سازه ای و ژئوتکنیکی در اهداف عملکرد رضایت بخش باشند(یا به این اهداف عملکرد برسند)،پذیرای این غیرخطی بودن ها است.نقش تعامل لرزه ای غیرخطی خاک-سازه در رابطه با پاسخ دینامیکی ساختمان ها به تازگی توسط پكر و همكاران [12]و Gazetas [10] تأكيد شده است.در این زمینه،مهم است که ابزارهای طراحی قابل اعتمادی را ارائه دهیم تا دقت کافی را جهت ارزیابی عملکرد لرزه ای SSI را درحالیکه با حفظ سادگی به طوریکه فهم و پذیرش آن توسط مهندسین آسان باشد، را فراهم کند.
در سال های اخیر،مفهوم المان-بزرگ ،که تعامل دینامیکی بین خاک و فونداسیون را با ادغام غیرخطی بودن (در خاک و /یا در خط اتصال فونداسیون) به یک المان مبتنی بر پلاستيسيته[13](اخمیری) منفرد را ساده تر میکند،توجه قابل توجهی را به خود جذب کرده است(به عنوان مثال. [11–13]). با این حال،این المان بزرگ برای مهندسین آزموده “جعبه ی سیاه” ی در جایی که پیچیدگی چند تسلیمی ( و گاهی چند مکانیزمی) آن را برای اجرا در کدهای رایانه ای مشکل میکند،باقی میگذارد [14].
از سوی دیگر، استفاده از مدل های از نوع فنر(ی ) جهت شبیه سازی پاسخ دینامیکی سیستم های ساختار-خاک در تکنیک طراحی به دلیل سهولت در استفاده از آن ها و مفهوم فیزیکی واضحشان ، محبوب و مشهور است.نمونه ها عبارتند از : (1) مدل های خطی مقاومت ظاهری دینامیکی(به عنوان مثال مدل مخروطی [15]) استفاده شده در تحلیل ارتعاش های فونداسیون بر یک محیط خاک الاستیک ،(2) وینکلر [14] -مبتنی بر مدل های بستر فنری خطی/غیرخطی (به عنوان مثال. [16,17]),و (3) مدل فنر چرخشی غیرخطی [18] برای تحلیل رفتار غالب-جنبشی فونداسیون غیرخطی .این مدل ها معمولا فرض میکنند که خاک فونداسیون همگن است،درحالیکه در اغلب موارد سختی و مقاومت خاک با عمق به علت اثرات تنش لایه سربار افزایش میابد.فقدانی از یک مدل از نوع فنر موثر و کارآمد وجود دارد که بتواند هر دو پاسخ نوسانی-جنبشی [15]غیر خطی پی های سطحی و غیرهمگن خاک را بدست آورد.
در این مقاله یک مدل نوسانی-جنبشی غیر خطی ساده شده که قادر به شبیه سازی پاسخ بار-تغییر مکان پی های گسترده تحت تحریک (برآشفتگی)[16] های لرزه ای است،ارائه شده است. در مقایسه با مدل های از نوع فنر خطی/غیرخطی در متون،مدل حاضر در این مطالعه قادر به شبیه سازی پاسخ نوسانی-جنبشی پی غیرخطی که میتواند به طور قابل ملاحظه ای به واسطه ی مسیر بار از سیستم SSI به طور لرزه ای-برانگیخته تحت تاثیر قرار گیرد،است.اثر غيرهمگني خاک نيز مورد توجه قرار گرفته است. این مدل با استفاده از سکو(پایه ی نصب) با دید باز [17] [23] بسط داده شده و با استفاده از دیتا(داده)های بدست آمده از تحلیل تفاضل محدود(FD) خیلی دقیق تر اجرا شده با استفاده از FLAC3D تایید شده است.مدل ساده شده برای سازه های به سنگینی بارگذاری شده(با بارگذاری شدید و سنگین) با یک نسبت لاغری متوسط که پاسخ نوسانی غیرخطی به شدت با پاسخ جنبشی با هم ارتباط دارند(جفت شده اند)، بسیار مناسب است.
این مقاله در شش بخش اصلی ساماندهی شده است.ابتدا،مروری کلی از مشکل (مسئله)ارائه شده است،به دنبال آن با استفاده از توصیفی از یک مدل عددی و تحلیل های استاتیک جهت شناسایی رابطه بار-جابجایی فونداسیون و ظرفیت های باربری اجرا شده است.مدل NSR سپس بر اساس کالیبراسیون تحلیلی منحنی های استحکام(استقامت) فونداسیون با رابطه بار-جابجایی بدست آمده از آزمون های پوش آور استاتیکی توسعه می یابد. فرآیندی که در آن همبستگی بین حرکات نوسانی و جنبشی در مدل پیشنهادی در نظر گرفته شده نیز مورد توجه قرار گرفته است.کارایی مدل NSR برای پیش بینی بار-جابه جایی و پاسخ های گشتاور(لنگر)-دوران پی های سطحی برای بارگذاری دینامیکی با استفاده از نتایج بدست آمده از شبیه سازی های دینامیکی اضافی عددی FLAC3D نشان داده شده است. در نهایت، محدودیت های مدل مورد بحث قرار گرفته و نتایج ارائه شده است.
[1] ductility
[2] stiff
[3] footing قسمتى از پى ساختمان که بارها را مستقيما “به خاک منتقل ميکند
[4] lifting off
[5] footing
[6] uplift
[7] superstructure
[8] hysteretic
[9] spread footings
[10] Mat (or Raft)
[11] mat
[12] Pecker et al. [9]
[13] plasticity
[14] Winkler
[15] Sway-Rocking
[16] excitation
[17] OpenSees platform