توصيفگر ها :
شكل پذيري مورد نياز سازه ها , اندركنش ديناميكي خاك، سازه و شمع , تاثير حركت گهواره اي پايه , اثر ثانويه ∆ − P
چكيده فارسي :
مطالعات انجام‌شده تا به امروز نشان مي‌دهد فرض تكيه‌گاه صلب براي تحليل سازه‌هاي كوتاه‌مرتبه با بستر سنگي تا حد زيادي قابل‌قبول است. اما براي سازه‌هاي بلندمرتبه با تكيه‌گاه انعطاف‌پذير پاسخ سازه مي‌تواند شرايط متفاوتي را تجربه كند. با توجه به اهميت هم‌زماني اثر ثانويه P-∆ و حركت گهواره‌اي پايه سازه‌هاي بلندمرتبه با خاك انعطاف‌پذير در اين پژوهش معيارهاي سنجش پاسخ سازه در قالب دوران طبقات و جابه‌جايي نسبي طبقات در سازه با تكيه‌گاه انعطاف‌پذير تحت اثر اندركنش ديناميكي خاك، سازه و شمع نسبت سازه با تكيه‌گاه ارزيابي شده است. توجه كم‌تر به تاثير اين موضوع بر روي پاسخ سازه، محققين را كم‌كم براي دست‌يابي به نزديك‌ترين پاسخ به واقعيت در طراحي سازه‌هاي بلندمرتبه با بستر خاك انعطاف‌پذير ترقيب كرد. در اين پژوهش از مدل‌سازي به روش مستقيم براي تحليل هم‌زمان سه سيستم خاك، سازه و شمع در ساختمان‌هاي 15، 20، 25 و 30 طبقه قاب خمشي فولادي ويژه سه بعدي متكي بر گروه شمع‌هاي 16 و 25 عددي با خاك ماسه‌اي نوع D آيين‌نامه ASCE7-16 استفاده شده است. براي تحليل ديناميكي غيرخطي سيستم خاك، سازه و شمع تحت اثر اندركنش در اين مطالعه از تحليل ديناميكي غيرخطي تاريخچه زماني با به‌كارگيري 11 مؤلفه ركورد زلزله افقي دور از گسل در دو جهت متعامد استفاده شده است. مدل‌سازي مبتني بر روش اجزا محدود بوده و رفتار غيرخطي در كرنش‌هاي بزرگ براي خاك و سيستم‌هاي سازه‌اي لحاظ شده است. نتايج به دست آمده از ايت مطالعه نشان مي‌دهند كه اثرات درنظرگيري اندركنش بين خاك، سازه و شمع‌ها به ارتفاع سازه، جنس و تراكم خاك، طول و فاصله‌ي شمع‌ها با يكديگر، فاصله ساختگاه از گسل و محتواي فركانسي ركورد زلزله بستگي دارد. در حالت كلي دو معيار سنجش پاسخ سازه شامل جابه‌جايي نسبي طبقات و شكل‌پذيري مورد نياز سازه در اين مطالعه مبناي طراحي سازه‌ها لحاظ شده است. در طبقات زيرين بلندترين ساختمان اين مطالعه نتايج نشان مي‌دهند كه تحت اثر اندركش ديناميكي خاك، سازه و شمع به علت هم‌زماني تأثير فزاينده اثر ثانويه P-∆ و حركت گهواره‌اي شمع‌ها شكل‌پذيري مورد نياز سازه بيش از 40 درصد و جابه‌جايي نسبي طبقات سازه بيش از 20 درصد افزايش پيدا كرده‌اند كه ميزان قابل‌توجهي است. تغيير مكان هدف در بام بلندترين ساختمان در اين مطالعه نيز تحت اثر اندركنش ديناميكي خاك، سازه و شمع بيش از 20 درصد افزايش داشته است. تمامي اين موارد نشان از اهميت اندركنش خاك، سازه و شمع در سازه‌هاي بلند مرتبه دارد. اهميت رفتار شمع تحت اثر نيروي زلزله بر روي پاسخ سازه نيز در اين پژوهش مورد ارزيابي قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌دهند كه در صورتي‌كه منحني رفتار شمع تحت بارگذاري در محدوده‌ي الاستيك باقي بماند، تغيير مكان در طبقات زيرين سازه بيش از 15 درصد افزايش پيدا مي‌كند.
در اين مطالعه به منظور كاهش زمان فرآيند تحليل نتايج در سازه‌هاي بلندمرتبه، معادله رگرسيون چندجمله‌اي ارائه شده است كه با شبيه‌سازي نمودار شكل‌پذيري مورد نياز نرمال شده سازه، لزوم درنظرگيري اندركنش خاك، سازه و شمع در سازه‌هاي بلندمرتبه متكي بر شمع بر روي ساختگاه انعطاف‌پذير را تعيين مي‌كند. با استفاده از اين رابطه، با توجه به معيار شكل‌پذيري مورد نياز سازه، لزوم به‌كارگيري اندركنش خاك، سازه و شمع بدون انجام فرآيند زمان‌بر تحليل ديناميكي غيرخطي ساختمان‌ها ارزيابي مي‌گردد.
چكيده انگليسي :
Studies to date have shown that the assumption of a rigid base for the analysis of low-rise structures with a rock bed is mostly acceptable. But for high-rise structures with flexible bases, the response structure can experience different conditions. Due to the simultaneous importance of the P-∆ secondary effect and the base foundation motion of high-rise structures with flexible soil and less attention of researchers to this issue, this study investigated the effect of soil-structure-pile interaction on response high-rise structure. 3D models of 15, 20, 25, and 30 Story building structures on group piles are used. The foundation soils are assumed to be 25 m layered sand. The site classification for the soil is type D (corresponding to the American Code of Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures). For structural modeling, beam element is used for frames and piles. Shell elements are used for the rigid diaphragm and pile caps. A solid 3D element with 8 nodes is selected for direct finite element modeling of soils. Structural elements are assumed to behave linearly in general and nonlinearly in critical cases. Results show that the effects of soil-structure-pile interaction on response depend on the structure heigh, soil type, length pile, the distance between the piles, site distance from the fault, and frequency content of earthquake record. In general, two criteria for measuring the response of the structure, including the relative displacement of the stories and ductility demand of the structure have been considered. In the lower stories of the tallest building of this study, the results show that ductility demands of the structure and story drift under dynamic soil-structure-pile interaction due to the simultaneous increasing effect of the secondary P-∆ effect and the rotational movement of the piles, increased more than 40% and 20%. Target displacement of the tallest building roof under soil-structure-pile interaction also increased by more than 20%. All these cases show the importance of the soil-structure-pile interaction on structure response. The importance of pile behavior under the effect of seismic loads has also been investigated in this study. The results show that if the pushover curve of the piles under load remains in the elastic range, the relative displacement of lower stories of the structure will increase by more than 15%.
In this study, to reduce the time of the results analysis process in high-rise structures, the polynomial regression equation is presented. This relationship is obtained according to the ductility demands curve of the structure. With this relationship, soil-structure-pile interaction is simulated and without Time-consuming
non-linear analysis, the requirement to use soil-structure-pile is specified.
