Ανελαστική Απόκριση Εγκιβωτισμένων Θεμελιώσεων

Abstract

Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται αποτελέσματα από τρισδιάστατες αναλύσεις πεπερασμένων στοιχείων με σκοπό τη διερεύνηση της ανελαστικής απόκρισης εγκιβωτισμένων θεμελιώσεων υπό μονοτονική και ανακυκλική εγκάρσια φόρτιση. Συγκεκριμένα, μελετάται η απόκριση θεμελιώσεων τετραγωνικής κάτοψης, βαθμού εγκιβωτισμού D/B = 0, 0.2, 0.5 και 1 επί ομοιογενούς στιφρού αργιλικού εδάφους, υπό αστράγγιστες συνθήκες φόρτισης. Ειδικότερα, η εργασία χωρίζεται σε δύο μέρη. Στο πρώτο μέρος εξετάζεται η φέρουσα ικανότητα του συστήματος εδάφους–θεμελίωσης υπό συνδυασμένη μονοτονική φόρτιση αξονικής (Ν), τέμνουσας δύναμης (Q) και ροπής ανατροπής (M), και παράγονται οι περιβάλλουσες αστοχίας σε χαρακτηριστικές τομές του τρισδιάστατου MQN χώρου φόρτισης. Αποδεικνύεται ότι η επίδραση του εγκιβωτισμού της θεμελίωσης είναι καταλυτική τόσο ως προς το μέγεθος όσο και ως προς το σχήμα των περιβαλλουσών επιφανειών αστοχίας. Επιπλέον, παρατηρείται ότι η απόκριση της θεμελίωσης είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη στα χαρακτηριστικά της διεπιφάνειας θεμελίου–εδάφους. Στο δεύτερο μέρος προσομοιώνεται το σύνολο του συστήματος εδάφους–θεμελίου–ανωδομής, όπου η ανωδομή αναπαρίσταται από ένα απλό άκαμπτο στοιχείο δοκού με συγκεντρωμένη μάζα στην κορυφή του. Οι εξεταζόμενοι συνδυασμοί φόρτισης περιορίζονται τώρα από το λόγο λυγηρότητας της ανωδομής και εν προκειμένω εξετάζονται δύο χαρακτηριστικές τιμές αυτού : H/B = 1 και 3. Το σύστημα υποβάλλεται σε μονοτονική και ανακυκλική οριζόντια φόρτιση στο επίπεδο της συγκεντρωμένης μάζας της ανωδομής, ενώ λαμβάνονται υπόψη τα φαινόμενα P-δ. Πέρα από τη φέρουσα ικανότητα, μελετάται επιπλέον και η μεταπλαστική φάση της απόκρισης του συστήματος, ενώ έμφαση δίνεται στην ανακυκλική συμπεριφορά, τους μηχανισμούς αστοχίας και τις παραμένουσες παραμορφώσεις. Παρατηρείται μια σαφής διάκριση της απόκρισης μεταξύ ρηχά και σχετικά βαθιά εγκιβωτισμένων θεμελιώσεων.

The inelastic response of embedded foundations under monotonic and cyclic lateral loading is investigated using 3D finite element analyses. The study has focused in particular on the undrained response of square foundations of various embedment ratios (0 ≤ D/B ≤ 1) on stiff clay. More specifically, the study is divided into two parts. In the first part, the bearing capacity of the soil–foundation system is examined under combined monotonic MQN loading and failure envelopes are predicted in typical sections of the three-dimensional load space. It is shown that both the size and the shape of the failure envelopes are highly dependent on the foundation embedment ratio. Moreover, it is observed that the system response is extremely sensitive to the soil–foundation interface characteristics. In the second part, the entire soil–foundation–superstructure system is simulated, where the superstructure is represented by a rigid beam element with a lumped mass at its top. The system is subjected to monotonic and cyclic horizontal loading applied at the level of the lumped mass. The load combinations are now restricted by the slenderness of the superstructure (i.e. the beam length). The metaplastic system response is investigated, as P-δ effects are taken into account. Emphasis is placed on the cyclic behavior, the failure mechanisms and the residual deformations. A significant difference is observed between the response of shallow and relatively deeply embedded foundations.