Λικνιστική απόκριση ελαφρώς εγκιβωτισμένου θεμελίου: ανάλυση και πείραμα φυσικής κλίμακας

Κορρέ, Ευαγγελία; Korre, Evangelia

dc.contributor.author	Κορρέ, Ευαγγελία	el
dc.contributor.author	Korre, Evangelia	en
dc.date.accessioned	2016-06-22T09:48:10Z
dc.date.available	2016-06-22T09:48:10Z
dc.date.issued	2016-06-22
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42800
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.5406
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.)	en
dc.rights	Default License
dc.subject	Αλληλεπίδραση	el
dc.subject	Λικνισμός	en
dc.subject	Εγκιβωτισμένο θεμέλιο	el
dc.subject	Interaction	en
dc.subject	Rocking	en
dc.subject	Embedded foundation	en
dc.title	Λικνιστική απόκριση ελαφρώς εγκιβωτισμένου θεμελίου: ανάλυση και πείραμα φυσικής κλίμακας	el
dc.title	Rocking response of slightly embedded foundation: analysis and large scale testing	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Geotechnical engineering	en
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh2013000289
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-10-26
heal.abstract	Ο στόχος αυτής της μεταπτυχιακής εργασίας είναι η μελέτη της δυναμικής σεισμικής απόκρισης ελαφρώς εγκιβωτισμένου θεμελίου. Για το σκοπό αυτό εξετάζονται οι τελευταίες δοκιμές μεγάλης κλίμακας που έλαβαν χώρα στη μεγάλη σεισμική τράπεζα του Πανεπιστημίου της California, στο San Diego. Δύο βάθρα εδραζόμενα επί τετραγωνικών θεμελίων δοκιμάστηκαν σε μια σειρά έξι αλλεπάλληλων ισχυρών σεισμικών διεγέρσεων, προερχομένων όλων από σημαντικά ιστορικά σεισμικά γεγονότα. Αμφότερα τα βάθρα θεμελιώνονται επί πολύ πυκνής ξηρής άμμου και τοποθετούνται μέσα στο μεγαλύτερο άκαμπτο διατμητικό κουτί που υπάρχει αυτή τη στιγμή στις Η. Π. της Αμερικής. Το ένα εκ των δύο βάθρων είναι ευθυγραμμισμένο με τις διαστάσεις του κουτιού και τη διεύθυνση της επιβαλλόμενης κίνησης και το άλλο είναι στραμμένο κατά 30˚. Με τον τρόπο αυτό εξετάζεται η απόκριση του συστήματος ταυτόχρονα σε μονοαξονική και διαξονική διέγερση. Η πειραματική διάταξη προσομοιώνεται με τη βοήθεια του λογισμικού πεπερασμένων στοιχείων, ABAQUS. Εφόσον ο λικνισμός είναι ένας εξαιρετικά τοπικός μηχανισμός, θεωρούμε πως δεν υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο εξεταζόμενων βάθρων και το αριθμητικό προσομοίωμα αποτυπώνει το ήμισυ μόνο της πειραματικής διάταξης. Ωστόσο, επιβάλλοντας τις σεισμικές διεγέρσεις είτε ως κίνηση σε μία διεύθυνση είτε αναλύοντάς την κίνηση σε δύο συνιστώσες, εξετάζονται και οι δύο περιπτώσεις: του ευθέως και του στραμμένου θεμελίου. Το αριθμητικό προσομοίωμα αποτυπώνει την ακριβή γεωμετρία (κλίμακα 1: 1) της πειραματικής διάταξης και περιλαμβάνει τη μάζα που αντιπροσωπεύει το κατάστρωμα της γέφυρας, το βάθρο, το οποίο προσομοιώνεται με στοιχεία δοκού, το θεμέλιο και τον εδαφικό σχηματισμό, τα οποία προσομοιώνονται με εξαεδρικά στοιχεία συνεχούς μέσου. Για την προσομοίωση της εδαφικής συμπεριφοράς, χρησιμοποιούνται δύο καταστατικά μοντέλα: το κριτήριο αστοχίας Mohr-Coulomb και το ισοδύναμο von Mises. Προκειμένου να προσδώσουμε μία αντιπροσωπευτική τιμή στο αρχικό μέτρο διάτμησης του εδάφους, διερευνώνται τα πειραματικά αποτελέσματα των τριών πρώτων σεισμικών διεγέρσεων σε όρους M-θ και w- θ καθώς και μέσω της μελέτης της εξέλιξης της στροφικής δυσκαμψίας του συστήματος ως συνάρτηση της αυξανόμενης στροφής. Είναι ενδιαφέρον ότι, η δυσκαμψία του συστήματος μειώνεται ραγδαία, παρά το γεγονός ότι το υποκείμενο έδαφος φαίνεται να παραμορφώνεται ελάχιστα μόνο, δεδομένου ότι οι μετρούμενες καθιζήσεις είναι μόλις μερικά χιλιοστά. Από την άλλη πλευρά, η συσσώρευση του εδαφικού υλικού κάτω από το θεμέλιο καθώς αυτό λικνίζεται, συμβάλλει σημαντικά στον περιορισμό των συσσωρευόμενων καθιζήσεων, όπως υπογραμμίζεται και από τους ερευνητές που πραγματοποίησαν τις δοκιμές. Η αριθμητική προσομοίωση εξακριβώνεται σε στατικούς όρους μέσω του ελέγχου της φέρουσας ικανότητας σε κατακόρυφο φορτίο και σε ροπή. Σε γενικές γραμμές η προσομοίωση κρίνεται αρκετά ακριβής, υποεκτιμώντας μόνο τη φέρουσα ικανότητα σε κατακόρυφο φορτίο. Το αριθμητικό προσομοίωμα υποβάλλεται στην ίδια σειρά των έξι διαδοχικών διεγέρσεων λαμβάνοντας υπόψη το σενάριο μονοαξονικού και διαξονικού σεισμού. Τα αναλυτικά αποτελέσματα του ευθέως θεμελίου με το ισοδύναμο von Mises, όσον αφορά τη σχέση των αναπτυσσόμενων ροπών και στροφών του συστήματος (M-θ), καθώς και τις χρονοΐστορίες στροφής, παρέχουν εντυπωσιακά καλή προσαρμογή στα πειραματικά, ενώ τα αποτελέσματα με το κριτήριο Mohr-Coulomb δεν είναι εξίσου ικανοποιητικά, δεδομένου ότι το σύστημα φαίνεται να συμπεριφέρεται με πιο ελαστικό τρόπο, στερούμενο υστερητικής απόσβεσης. Από την άλλη πλευρά, οι συσσωρευμένες καθιζήσεις υπερεκτιμώνται από το ισοδύναμο von Mises σε σύγκριση με Mohr-Coulomb. Παρόμοια εικόνα προσφέρεται και για τα αποτελέσματα που αφορούν το στραμμένο θεμέλιο, δεδομένου ότι οι συσσωρευμένες καθιζήσεις είναι σημαντικά μεγαλύτερες από αντίστοιχες καταγεγραμμένες πειραματικά. Επιπλέον, η σύνθετη απόκριση του συστήματος οδηγεί σε μόνιμη παραμόρφωση του σκάμματος εγκιβωτισμού και σε μειωμένη δυσκαμψία του συστήματος. Η προσοχή μας εστιάζεται στη διαφορετική συμπεριφορά συσσωρευόμενης καθίζησης στην περίπτωση του στραμμένου θεμελίου. Όσον αφορά τα σεισμικά αποτελέσματα, τα οποία ενδεχομένως να επηρεάζονται από τους ισχυρούς μακροπεριόδους παλμούς που εμπεριέχονται στις επιβαλλόμενες διεγέρσεις, η γενική εικόνα είναι ότι η διαξονική απόκριση του συστήματος οδηγεί σε εντονότερη συσσώρευση καθίζησης. Έτσι, το φαινόμενο αυτό διερευνάται επίσης παραμετρικά, χρησιμοποιώντας ως εξεταζόμενη παράμετρο τη γωνία επιβολής του φορτίου. Με άλλα λόγια, διερευνούμε τον τρόπο με τον οποίο μεγάλη ή μικρή διαφορά στις δύο οριζόντιες συνιστώσες της επιβαλλόμενης κίνησης επηρεάζει την απόκριση καθίζησης του λικνιζόμενου συστήματος. Τα αποτελέσματα προκύπτουν από δυναμικές αναλύσεις για δύο περιπτώσεις ημιτονοειδών διεγέρσεων, που διαφέρουν ως προς το εύρος και τη δεσπόζουσα περίοδο. Οι δυναμικές αναλύσεις πραγματοποιούνται για τέσσερις περιπτώσεις της επιβαλλόμενης γωνίας κίνησης: 0˚, 15˚, 30˚ και 45˚. Αποδεικνύεται ότι, στην περίπτωση συμμετρικών κινήσεων η τάση είναι διαφορετική από αυτή που παρουσιάζεται στα σεισμικά αποτελέσματα, οδηγώντας σε μείωση των καθιζήσεων, καθώς η γωνία της επιβαλλόμενης κίνησης αυξάνεται. Η παραμορφωμένη επιφάνεια του εδάφους, οδηγεί σε μεγαλύτερη επιφάνεια επαφής μεταξύ θεμελίου και υποκειμένου εδάφους, στην περίπτωση που η γωνία της επιβαλλόμενης φόρτωσης είναι μικρή, οδηγώντας έτσι σε βαθύτερους βολβούς τάσεων και κατ’ επέκταση σε μεγαλύτερες καθιζήσεις. Συνολικά, συνάγεται το συμπέρασμα για μια ακόμη φορά από τα εξεταζόμενα πειράματα ότι τα λικνιζόμενα συστήματα συμπεριφέρονται αρκετά καλά σε ισχυρές σεισμικές διεγέρσεις. Ένα άλλο σημαντικό συμπέρασμα είναι ότι η διαξονική κίνηση τροποποιεί σημαντικά την απόκριση του συστήματος, ως εκ τούτου, προτείνεται να ελέγχεται η διαξονικά επιβαλλόμενη κίνηση ως σενάριο. Η παρατηρούμενη τάση στην απόκριση του συστήματος σχετικά με τη συσσώρευση των καθιζήσεων μάς οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η συμμετρία της κίνησης μπορεί να οδηγήσει σε διαφορετική συμπεριφορά σε σχέση με μία χρονοΐστορία που περιλαμβάνει ασύμμετρους παλμούς. Προκειμένου να γενικευθούν οι παρατηρούμενοι μηχανισμοί, μεγαλύτερος αριθμός συμμετρικών και μη συμμετρικών κινήσεων θα πρέπει να εξεταστεί. Επιπλέον, στοχεύοντας στην περαιτέρω βελτίωση της δυναμικής απόκρισης του λικνιζόμενου συστήματος, καλό είναι να δοκιμαστούν και εναλλακτικά σχήματα θεμελίων, δεδομένου ότι αυτός ο παράγοντας μπορεί επίσης να συμβάλει σημαντικά στην περαιτέρω βελτίωση των καθιζήσεων.	el
heal.abstract	The target of this MSc thesis is to study the dynamic seismic response of slightly embedded foundation. To this end, the latest large-scale shake table tests, which took place at the University of California, San Diego are being investigated. Two piers supported by square embedded footings were tested to a sequence of six strong seismic excitations, all stemming from historic earthquake events. Both piers are founded on very dense dry sand and are placed inside the Large Soil Confining Box, which is the largest rigid shear box within U. S. A. One of the two piers is aligned to the dimensions of the box and the direction of the imposed motion and the other is askew by 30 degrees. In this way the response of the system is tested simultaneously in uniaxial and biaxial excitation. The experimental set up is simulated by means of the Finite Element Software, ABAQUS. Since rocking is a rather localized mechanism, half of the experimental set up is simulated considering that there is practically no interaction between the two piers. However, by applying the input motions either as a single horizontal component or as two horizontal components, both cases the aligned and skewed footings are tested. The arithmetic model is created simulating the exact geometry (scale 1:1) of the experimental configuration, including the mass element representing the deck, the pier, which is simulated with beam elements, the footing and the soil formation, which are simulated with 6-sided continuum elements. For the simulation of the soil formation, two constitutive models are used: the Mohr-Coulomb failure criterion and the equivalent von Mises. In order to assign representative values in the initial shear modulus of the soil, the experimental results of the first three seismic excitations are investigated in terms of M-θ and w- θ curves as well as by studying the development of the rotational stiffness of the system as a function of the increasing rotation. Interestingly, the stiffness of the system drops quite abruptly, although the underlying soil seems to deform only slightly, since the measured settlements are only a few millimeters. On the other hand the raveling of soil material underneath the footing as it rocks, contributes significantly to the settlements of the system being rather restricted, as underlined also by the investigators who performed the tests. The arithmetic simulation is validated in static terms, by push-down and push-over analyses. The former provides results concerning the bearing capacity of the system in vertical loading, whereas the latter provides the moment capacity of the system as well as its natural period. In general the simulation is accurate enough, underestimating only the bearing capacity in vertical loading. The arithmetic model is subjected to the same sequence of six successive excitations considering uniaxial and biaxial excitation. The results of the aligned footing in terms of developing M- θ as well as the rotational time history prove that the von Mises results provide strikingly good fitting to the experimental ones, whereas the results with the Mohr-Coulomb failure criterion are not satisfactory, since the system seems to behave in a more elastic way, deprived of hysteretic damping. On the other hand, the accumulated settlements are overestimated by the von Mises constitutive model compared to the Mohr-Coulomb. Similar view is offered also for the results concerning the skewed footing, since the accumulated settlements are significantly larger than the recorded values during the tests, whereas the complex response of the system leads to permanent deformation of the trench and to reduced stiffness of the system. Our attention is focused on the difference in the settling behavior exhibited by the skewed footing. As far as the seismic results are concerned, which may be affected by the long period pulses included in the used excitations, the general notion is that the biaxial response of the system leads to more intense settlement accumulation. For this reason this phenomenon is investigated also parametrically, using as examined parameter the angle of the imposed loading. In other words, we investigate the way large or small difference in the two lateral components of the motion affect the settling response of the rocking system. The results stem from dynamic analyses performed for two cases of sinusoidal motions, differing in terms of amplitude and predominant period. The dynamic analyses have been performed for four cases of the imposing motion angle: 0˚, 15˚, 30˚ and 45˚. It is shown that under symmetric motions the trend is different than the one exhibited by the seismic response, leading to lower settlements, as the imposed loading angle increases. The deformed soil surface which leads to larger surface of the footing being in contact with the underlying soil, for small angles of imposed loading, thus leading to deeper stress bulbs and by extension to more extensive settlements. All in all it is concluded once more from the performed experiments that the rocking systems perform rather well under strong seismic excitations. Another significant conclusion is that the biaxial motion significantly modifies the response of the system; hence it is proposed that it be checked as a scenario. The observed trend in the response of the system concerning the accumulation of settlements leads us to conclude that the symmetry of the motion may lead to a different behavior than a motion containing unsymmetrical pulses. In order for the observed mechanisms to be generalized, further investigation is necessitated, so that the arithmetic model be subjected to a greater number of symmetrical and nonsymmetrical motions. Moreover, for the sake of further improving the dynamic response of a rocking system, a variety of alternative shapes for footings should be checked, since this factor may also contribute significantly to further ameliorating the settling behavior of a rocking system.	en
heal.advisorName	Γκαζέτας, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Γερόλυμος, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Κουμούσης, Βλάσης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Γεωτεχνικής. Εργαστήριο Εδαφομηχανικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	298 σ.
heal.fullTextAvailability	true