Αριθμητική προσομοίωση της μη-γραμμικής στατικής και δυναμικής απόκρισης πασσάλου σε αξονική φόρτιση

Abstract

Η διπλωματική αυτή εργασία ασχολήθηκε με την κατακόρυφη στατική και δυναμική φόρτιση πασσάλων θεμελίωσης. Στο πρώτο μέρος πραγματοποιήθηκε βιβλιογραφική ανασκόπηση διαφόρων γενικών εννοιών της γεωτεχνικής σεισμικής μηχανικής ενώ έμφαση δόθηκε στους πασσάλους θεμελίωσης τόσο υπό ελαστικές όσο και υπό ανελαστικές συνθήκες καθώς και στην αλληλεπίδραση εδάφους-θεμελίου. Πρώτος στόχος της διπλωματικής εργασίας ήταν η επικύρωση της νέας τρισδιάστατης έκδοσης του προγράμματος πεπερασμένων στοιχείων, PLAXIS 3D. Αυτό επιτεύχθηκε με σύγκριση των αριθμητικών αποτελεσμάτων ελαστικών αναλύσεων που αφορούν την εμπέδηση πασσάλου σε κατακόρυφη δυναμική φόρτιση υπό αστράγγιστες συνθήκες με γνωστές σχέσεις της βιβλιογραφίας. Το αριθμητικό μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε βελτιστοποιήθηκε ως προς τα όρια του πεδίου αλλά και ως προς την πυκνότητα του κανάβου. Στη συνέχεια διερευνήθηκε η ανελαστική απόκριση του πασσάλου σε κατακόρυφη δυναμική φόρτιση υπό αστράγγιστες συνθήκες σε γενικευμένους όρους δυσκαμψίας και απόσβεσης για δύο διαφορετικά εδαφικά προφίλ. Διαμορφώθηκαν οι καμπύλες δυσκαμψίας-μετατόπισης και απόσβεσης-μετατόπισης για κάθε μία συχνότητα όπου εξήχθησαν χρήσιμα συμπεράσματα για την ανελαστική συμπεριφορά. Ακολουθώντας τις ανελαστικές αναλύσεις εξετάστηκε μία διαφορετική προσέγγιση, τύπου Winkler, για τη συμπεριφορά της απόκρισης του πασσάλου σε τοπικό επίπεδο. Τέλος προτάθηκαν κατάλληλες συνδεσμολογίες στοιχείων (μη γραμμικά και γραμμικά ελατήρια, αποσβεστήρες, μάζες) για την μαθηματική προσομοίωση της ανελαστικής απόκρισης. Με τις συνδεσμολογίες αυτές επιτεύχθηκε η περιγραφή της συχνοτικώς εξαρτώμενης κατακόρυφης απόκρισης του τοπικού επιπέδου από συχνοτικώς ανεξάρτητα στοιχεία. Για τη βαθμονόμηση των στοιχείων αυτών ακολουθήθηκε η φυσική του προβλήματος και η αξιοποίηση των αριθμητικών αποτελεσμάτων.

This diploma thesis dealt with the vertical dynamic response of piles foundations. The first part is a literature study of different aspects of geotechnical earthquake engineering with focus on piles foundations and elastic as well as inelastic conditions and to the soil-structure interaction. First aim of this thesis was the validation of the new three dimensional finite element dynamic version of PLAXIS 3D. This was achieved by comparing the numerical results of elastic analyses under undrained conditions with relations from literature in terms of dynamic impedance. The numerical model was optimized in terms of distance of the boundaries of the domain, and fineness of the mesh. Then we investigated the nonlinear response of the pile in vertical dynamic loading under undrained conditions in generalized terms stiffness and damping for two different soil profiles. Curves of stiffness-displacement and dashpot-displacement were formed for each frequency and useful conclusions about the inelastic behavior were made. Following the linear analyzes examined a different approach, type Winkler, the behavior of the response of the pile at the local level. Finally, a suitable connection of elements (linear and nonlinear springs, dashpots, masses) was suggested for the mathematical modeling of the elastic and inelastic behavior. With this model the frequency dependent behavior of the dynamic-loaded lateral plain was achieved by properly connecting frequency independent elements. For the calibration of these elements a theory that was based on the physics of the problem as well as on the numerical results was used.