Μακροστοιχείο για τη μη γραμμική απόκριση πασσάλου και ομάδας πασσάλων σε συνδυασμένη εγκάρσια και αξονική φόρτιση

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία διερευνάται η απόκριση θεμελιώσεων με πασσάλους υπό συνδιασμένη αξονική και εγκάρσια φόρτιση. Υποθέτοντας αστράγγιστες εδαφικές συνθήκες, αρχικός στόχος είναι η δημιουργία του τρισδιάστατου (σε χώρο Μ-Q-N) διαγράμματος αλληλεπίδρασης του συστήματος θεμελίωσης καθώς και η κατανόηση και η περιγραφή όλων αυτών των φυσικών φαινομένων που το διέπουν. Για να πραγματοποιηθεί αυτό, αναπτύσσεται μία νέα μακροσκοπική προσέγγιση της συμπεριφοράς κυκλικών πασσάλων (σε χώρο Μ-Ν). Στη συνέχεια διατυπώνονται αναλυτικές εκφράσεις με την μέθοδο της οριακής ισσοροπίας , ικανές να περιγράψουν την αντοχή και την επιφάνεια διαρροής μεμονωμένου εύκαμπτου πασσάλου καθώς και ομάδων πασσάλων 1x2 και 2x2, χρησιμοποιόντας επίσης τα αποτελέσματα από την ανάλυση με πεπερασμένα στοιχεία. Τελικός στόχος της εργασίας είναι η σύνδεση όλων των προαναφερθέντων αντικειμένων και την ενσωμάτωση τους στην ανάπτυξη ενός καινοτόμου μαθηματικού εργαλείου, γνωστού ως ‘’μακρο-στοιχείου΄΄, που διέπεται από την πλαστική θεωρία σε σχέση με το προβλεπόμενο έργο (work–hardening plasticity theory) και σκοπεύει στην ακριβή αναπαραγωγή της συμπεριφοράς θεμελιώσεων με πασσάλους καθώς και την αποτελεσματική συνεργασία δομοστατικού και γεωτεχνικού μηχανικού.

In this thesis, the response of pile foundations under combined axial, horizontal and moment loading is investigated. Assuming undrained soil conditions, primary goal is the extraction of the total 3D (in M-Q-N space) failure Envelope or ‘’Interaction Diagram’’ of the foundation system. Moreover the comprehension and the description of all physical attributes that rule the specific cases is targeted, explaining the physical meaning that governs the failure envelopes. To achieve this, a new macroscopic approach of the behavior of circular piles in M-N space is developed. In addition, analytical expressions able to describe the capacity of a single flexible pile, a 1x2 and a 2x2 pile-group and their yield surface are proposed, utilizing the results of the Finite Element Analysis. Final aim of this thesis is the connection of all the above mentioned objectives and their integration in the theoretical framework of the development of an innovative mathematical tool known as ‘’macro-element’’, which ‘’obeys’’the plasticity theory laws that correlates the hardening of the system with the anticipated work (work–hardening plasticity theory). This approach is driven by the lack of complete tools that can effectively capture the behavior of pile foundations under combined loading and that would enhance the cooperation of structural and geotechnical engineers.