Nonlinear dynamic analysis of framed structures including soilstructure interaction effects

Abstract

يهدف هذا البحث إلى دراسة تأثير تداخل المنشأ مع التربة على التصرف الزلزالي للهيكل الخرساني المسلح وقد اختيرت طريقة العناصر المحددة لتمثيل منظومة التداخل التي تتكون من الهيكل الخرساني المسلح المستوي (ذات البعدين)، وطبقات التربة، وسطح التداخل الذي يمثل السطح الاحتكاكي بين أساس المنشأ والتربة واعتمدت علاقة التداخل بين القوة المحورية القصوى وعزم الانحناء الأقصى للمقطع الخرساني المسلح بوصفها سطحا للخضوع خلال التصرف المرناللدن لعناصر الهيكل (الأعمدة والجسور)، بينما تم اختيار نموذج الغطاء ليحكم التصرف المرناللدن لمادة التربة وتم استخدام قانون خضوع المادة لموركولومب وذلك لتحديد بدء الانزلاق عند سطح التداخل بين عنصري الأساس والتربة بينما افترض حدوث الانفصال بين العنصرين عندما تصبح الاجهادات العمودية عند ذلك السطح إجهادات شد واختيرت طريقة نيومارك في هذا البحث لغرض التحليل غير الخطي الديناميكي لمسألة التداخل، حيث تعتبر هذه الطريقة من أكثر الطرق استخداما لحل المسائل الديناميكية وتدل النتائج التي تم الحصول عليها على أن تداخل المنشأ مع التربة يمتلك تأثيرات هامة على تصرف الهيكل الخرساني المسلح عندما يؤخذ بالاعتبار اختلاف تصرف مادة التربة (التصرف المرن والتصرف المرن اللدن)، وكذلك اختلاف حالة سطح التداخل بين الأساس وسطح التربة (الربط التام وإمكانية الانزلاق)

The role of soilstructure interaction on seismic behavior of reinforced concrete structures is investigated in this paper A finite element approach has been adopted to model the interaction system that consists of the reinforced concrete plane frame soil deposit and interface which represents the frictional surface between foundation of the structure and subsoil The analysis is based on the elastoplastic behavior of the frame members (beams and columns) that is defined by the ultimate axial force bending moment interaction curve while the cap model is adopted to govern the elastoplastic behavior of the soil material MohrCoulomb failure law is used to determine the initiation of slippage at the interface while the separation is assumed to occur when the stresses at the interface becomes tension stresses Newmark's PredictorCorrector algorithm is adopted for nonlinear dynamic analysis The main aim of the present work is to evaluate the sensitivity of structures to different behaviors of the soil and interface layer when subjected to an earthquake excitation Predicted results of the dynamic analysis of the interaction system indicate that the soilstructure interaction problem can have beneficial effects on the structural behavior when different soil models (elastic and elastoplastic) and interface conditions (perfect bond and permitted slip) are considered