Contribution to the Static and Dynamic Lateral Response of Piles

Abstract

Ο θεματικός πυρήνας της διατριβής είναι η απόκτηση νέων γνώσεων σχετικά με την μή–γραμμική αλληλεπίδραση συστημάτων εδάφους–πασσαλο-θεμελιώσεων υπό στατική και δυναμική φόρτιση και επιπλέον συμβάλλει στην ανάπτυξη ενός καινοτομικού υπολογιστικού πλαισίου (μακρο-στοιχείου) για την αντιμετώπιση της πασσαλο-θεμελίωσης ως ενιαίου συστήματος, στην απόκριση της οποίας συνυπολογίζεται η ταυτόχρονη εξέλιξη όλων των μη–γραμμικών μηχανισμών που την συνθέτουν. Αποτέλεσμα της διατριβής είναι η κατανόηση του ρόλου θεμελιωδών παραγόντων στην αλληλεπίδραση συστημάτων εδάφους–πασσαλο-θεμελίωσης, όπως π.χ. η αλληλεπίδραση πασσάλου–προς–πάσσαλον στην ανελαστική περιοχή της παραμόρφωσης και η δημιουργία πλαστικών αρθρώσεων στον πάσσαλο.

Στην παρούσα διατριβή αναπτύσσεται ένα απλοποιημένο καταστατικό προσομοίωμα για την ανακυκλική απόκριση πασσάλων σε αμμώδες έδαφος. Το προσομοίωμα αποτελεί επέκταση του καταστατικού προσομοιώματος που προτάθηκε από τους Gerolymos et al (2005, 2006) για την ανακυκλική φόρτιση βαθιών θεμελιώσεων σε συνεκτικά υλικά υπο αστράγγιστες συνθήκες. Το προσομοίωμα χαρακτηρίζεται από μή-γραμμικό νόμο κράτυνσης, μή-συσχετισμένο νόμο πλαστικής ροής και τροποποιημένο κριτήριο διαρροής Mohr-Coulomb. Οι παράμετροι του καταστατικού προσομοιώματος βαθμονομούνται να ταιριάζουν με το κριτήτιο αστοχίας Mohr-Coulomb στο επίπεδο των κυρίων τάσεων για κάθε γωνία του εξαγώνου αστοχίας. Το προσομοίωμα ενσωματώνεται στον κώδικα πεπερασμένων στοιχείων ABAQUS μέσω υπορουτίνας, η οποία συνδέει τις παραμέτρους του προσομοιώματος με την κατακόρυφη τάση, τις κύριες τάσεις και την γωνία Lode σε κάθε βήμα φόρτισης. Η γωνία Lode επιτρέπει την ακριβέστερη προσομοίωση της απόκρισης του εδάφους σε τρισδιάστατο περιβάλλον. Για τον λόγο αυτό εισάγεται μια παράμετρος για την εντατική κατάσταση του εδάφους k (συναρτήσει της γωνίας Lode), η οποία λαμβάνει τιμές από 0 έως 1. Η τιμή k = 0 αντιστοιχεί σε συνθήκες καθαρού τριαξονικού εφελκυσμού, k = 1 σε καθαρή τριαξονική θλίψη, k = 0.5 σε δοκίμη απευθείας διάτμησης. Το προτεινόμενο καταστατικό προσομοίωμα βαθμονομείται και επαληθεύεται με τα πειραματικά αποτελέσματα από τρία πειράματα σε φυγοκεντριστή μεμονωμένου πασσάλου σε ξηρή άμμο υπό ανακυκλική εγκάρσια φόρτιση στο Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC) και χρησιμοποιείται για την κατανόηση φαινομένων που παρατηρούνται σε μεμονωμένους και μή πασσάλους υπό ανακυκλική φόρτιση, όπως: (1) το φαινόμενο της σταθεροποίησης της πλαστικής ενέργειας με μειούμενο ρυθμό (plastic shakedown response), (2) η επίδραση των δυο μηχανισμών που προκαλούν το φαινόμενο της σταθεροποίησης της πλαστικής ενέργειας στην απόκριση του πασσάλου, και (3) η επιρροή του αριθμού των κύκλων φόρτισης στις εσωτερικές δομητικές δυνάμεις (μέγιστες και παραμένουσες) Δύο πειράματα έχουν ασύμμετρη ανακυκλική φόρτιση με διαφορετικό εύρος δυνάμεων, ενώ το τρίτο πείραμα έχει πλήρη ανακυλική φόρτιση. Το έδαφος προσομοιώνεται με οκτακομβικά στοιχεία συνεχούς μέσου, ενώ ο ελαστικός πάσσαλος με τρισδιάστατα στοιχεία δοκού κατά μήκος του κατακόρυφου άξονά του συνδεδεμένα με κατάλληλους κινηματικούς περιορισμούς με τους κόμβους στην περίμετρό του για την ρεαλιστική προσομοίωση ολόκληρης της γεωμετρίας του πασσάλου. Τα στοιχεία συνεχούς μέσου εντός της περιμέτρου του πασσάλου έχουν μηδενική δυσκαμψία. Η καμπύλη δύναμης−μετατόπισης στην κεφαλή του πασσάλου κατά την αρχική φόρτιση του ενός πειράματος χρησιμοποιείται για την βαθμονόμηση των παραμέτρων του εδαφικού καταστατικού προσομοιώματος και εν συνεχεία χρησιμοποιείται για την πρόβλεψη της απόκρισης των δυο άλλων πειραμάτων (πλήρως ασύμμετρη ανακυκλική φόρτιση, χωρίς αλλαγή στο πρόσημο της φόρτισης και πλήρως συμμετρική ανακυκλική φόρτιση, με αλλαγή προσήμου φόρτισης). Το εν λόγω προσομοίωμα αναπαράγει την κράτυνση (plastic shakedown response) στην απόκριση του πασσάλου, η οποία είναι το αποτέλεσμα δύο μηχανισμών: (1) της εδαφικής συμπύκνωσης, και (2) της “συμπύκνωσης του συστήματος”, λόγω της προοδευτικής αύξησης (με τους κύκλους φόρτισης) του όγκου του εδαφικού πρίσματος αστοχίας. Το προταθέν καταστατικό προσομοίωμα αναπαράγει μόνον τον δεύτερο μηχανισμό. Η γενική σύγκριση των καταγεγραμένων καμπτικών ροπών με τα αποτελέσματα της αριθμητικής ανάλυσης είναι ικανοποιητική. Το προσομοίωμα προβλέπει επιτυχώς το σχήμα της κατανομής των ροπών και την αύξηση των καμπτικών ροπών με τον αυξανόμενο αριθμό των κύκλων φόρτισης. Επιπλέον, προσομοιώνεται επιτυχώς το βάθος της μέγιστης καμπτικής ροπής σε φόρτιση και αποφόρτιση, καθώς και η μετατόπιση της μέγιστης καμπτικής ροπής σε μεγαλύτερα βάθη με την αύξηση του αριθμού των κύκλων φόρτισης. Αντίστοιχα, αποτελέσματα δίνονται και για την κατανομή των διατμητικών δυνάμεων αλλά και της εδαφικής αντίδρασης με τους κύκλους φόρτισης.. Επιπλέον, εξετάζεται η επίδραση της μορφής του κριτηρίου διαρροής στο επίπεδο π στην απόκριση του πασσάλου. Συγκεκριμένα, εξετάζονται τρία διαφορετικά κριτήρια διαρροής: (α) το προτεινόμενο καταστατικό προσομοίωμα (ορίζεται ως προσομοίωμα CT), όπου το κριτήριο διαρροής εφάπτεται στο εξάγωνο του κριτηρίου αστοχίας Mohr-Coulomb σε κάθε γωνία στο επίπεδο π, (β) ένα αντίστοιχο προσομοίωμα (προσομοίωμα C), όπου το κριτήριο διαρροής είναι ένας κύκλος περιγεγραμμένος στο εξάγωνο του κριτηρίου αστοχίας Mohr-Coulomb στις τρεις γωνίες που αντιστοιχούν σε δοκιμή τριαξονικής θλίψης, και (γ) ένα αντίστοιχο προσομοίωμα (προσομοίωμα Τ), όπου το κριτήριο διαρροής είναι ένας κύκλος περιγεγραμμένος στο εξάγωνο του κριτηρίου αστοχίας Mohr-Coulomb στις τρεις γωνίες που αντιστοιχούν σε δοκιμή τριαξονικού εφελκυσμού. Οι αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν και για τους τρεις τύπους ανακυκλικής φόρτισης των πειράματων με το προσομοίωμα CT να έχει την καλύτερη απόκριση για την αναπαραγωγή των πειραμάτων. Επίσης, για την περίπτωση της πλήρους ανακυκλικής φόρτισης καταδεικνύεται ότι η σωστή προσομοίωση της αντοχής σε εφελκυσμό έχει μεγαλύτερη σημασία από ότι στην ασύμμετρη ανακυκλική φόρτιση. Τρεις νέοι δείκτες συμπεριφοράς εισάγονται για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων του συστήματος πασσάλου-εδάφους και για την επεξήγηση της συμβολής των δυο μηχανισμών που προκαλούν το φαινόμενο της σταθεροποίησης της πλαστικής ενέργειας στην απόκριση του πασσάλου: (1) Ο λόγος του εφαπτομενικού μέτρου σε κάθε σημείο αποφόρτισης−επαναφόρτισης κάθε κύκλου προς το εφαπτομενικό μέτρο στο σημείο αποφόρτισης−επαναφόρτισης του πρώτου κύκλου φόρτισης. Ο δείκτης αυτός είναι ενδεικτικός της ελαστικής συμπεριφοράς του συστήματος πασσάλου-εδάφους. Είναι αξιοσημείωτο ότι το προκύπτον εφαπτομενικό μέτρο από την αριθμητική ανάλυση με το προτεινόμενο καταστατικό προσομοίωμα παραμένει σταθερό, ανεξάρτητο από τους κύκλους φόρτισης, ενώ το εφαπτομενικό μέτρο του πειράματος αυξάνει με τον αριθμό των κύκλων φόρτισης. Η αύξηση αυτή αποδίδεται στην εδαφική συμπύκνωση κατά την ανακυκλική φόρτιση, φαινόμενο που δεν προσομοιώνεται με το προτεινόμενο προσομοίωμα και το οποίο επικρατεί στην ελαστική απόκριση του πασσάλου. (2) Ο λόγος του τέμνοντος μέτρου από το πέρας της αποφόρτισης και το πέρας της επαναφόρτισης στον ίδιο κύκλο φόρτισης προς το τέμνον μέτρο του πρώτου κύκλου φόρτισης, ο οποίος είναι ενδεικτικός της συνολικής συμπεριφοράς του συστήματος πασσάλου-εδάφους κατά την ανακυκλική φόρτιση. Σε αυτήν την περίπτωση το τέμνον μέτρο που μετρήθηκε πειραματικώς, αλλά και αυτό που προκύπτει από τις αριθμητικές αναλύσεις αυξάνει με τον αριθμό των κύκλων φόρτισης. Δεδομένου ότι η κράτυνση του συστήματος, λόγω της ενεργοποιούμενης εδαφικής αντίστασης σε μεγαλύτερα βάθη με την ανακυκλική φόρτιση, προσομοιώνεται αριθμητικά, η διαφορά στις τιμές του τέμνοντος μέτρου από το πείραμα και την αριθμητική ανάλυση οφείλεται στην εδαφική συμπύκνωση. (3) Ο λόγος της σχετικής μετατόπισης δυο διαδοχικών σημείων επαναφόρτισης−αποφόρτισης στην κεφαλή του πασσάλου ως προς την σχετική μετατόπιση της “αρχικής” φόρτισης και επαναφόρτισης−αποφόρτισης του πρώτου κύκλου. Σε κάθε κύκλο η μετατόπιση του πασσάλου στα σημεία φόρτισης−αποφόρτισης αυξάνεται με μειούμενο ρυθμό μέχρι να σταθεροποιηθεί ο ρυθμός των πλαστικών παραμορφώσεων. Παρατηρείται ότι τα αποτελέσματα των αριθμητικών αναλύσεων συμφωνούν ικανοποιητικά με τα πειραματικά δεδομένα, υποδεικνύοντας ότι ο μηχανισμός της κράτυνσης του συστήματος, λόγω της ενεργοποιούμενης εδαφικής αντίστασης σε μεγαλύτερα βάθη με την ανακυκλική φόρτιση υπερισχύει του μηχανισμού της εδαφικής συμπύκνωσης. Τέλος, το προσομοίωμα χρησιμοποιείται για την ανάλυση μιας 1x2 πασσαλομάδας με χαρακτηριστικά πασσάλων όμοια με αυτά των πειραμάτων του φυγοκεντριστή. Το προσομοίωμα χρησιμοποιείται για την ανάλυση 1x2 πασσαλομάδας για τα ίδια τρία πειράματα. Οι πάσσαλοι, οι οποίοι απέχουν απόσταση τριών διαμέτρων από κέντρο σε κέντρο, είναι παράλληλοι προς την διεύθυνση φόρτισης. Οι κεφαλές των πασσάλων έχουν αρθρωτή σύνδεση με τον κεφαλόδεσμο με κατάλληλους κινηματικούς περιορισμούς, ώστε: (α) οι κεφαλές των πασσάλων να έχουν ίδια μετατόπιση όπως σε μια πασσαλομάδα, και (β) τα αποτελέσματα των αναλύσεων να συγκρίνονται απευθείας με αυτά του μεμονωμένου πασσάλου ελεύθερης κεφαλής. Το φορτίο εφαρμόζεται στην μέση του κεφαλοδέσμου με φορά από αριστερά προς τα δεξιά, καθιστώντας τον δεξιά πάσσαλο “πάσσαλο 1” και τον αριστερά “πάσσαλο 2”. Το εν λόγω καταστατικό προσομοίωμα αναπαράγει το φαινόμενο της “σκιάς” στην εδαφική αντίδραση. Επιπλέον, μελετάται η αποδοτικότητα της πασσαλομάδας, για την οποία: (α) παρουσιάζεται ο συντελεστής αποδοτικότητας συναρτήσει της οριζόντιας μετατόπισης του πασσάλου, (β) γεφυρώνεται το κενό ανάμεσα στην αλληλεπίδραση πασσάλου-προς-πάσσαλο σε πολύ μικρή (ελαστική απόκριση) και πολύ μεγάλη (πλαστική απόκριση) παραμόρφωση, (γ) τονίζεται ο ρόλος των συζευγμένων συντελεστών αλληλεπίδρασης πασσάλου-προς-πάσσαλο, οι οποίοι συνήθως παραλείπονται στις αναλύσεις πασσαλοομάδας.

Στο δεύτερο μέρος της διατριβής, με αφετηρία τη θεωρία οριακής ισορροπίας, προσεγγίζεται αναλυτικά η καμπύλη αλληλεπίδρασης εύκαμπτου πασσάλου σε συνδυασμένη φόρτιση Q-Μ στην κεφαλή του σε πολύστρωτο έδαφος, συνεκτικό ή μή-συνεκτικό. Οι καμπύλες αλληλεπίδρασης που προκύπτουν είναι κανονικοποιημένες ως προς την αντοχή του συστήματος πασσάλου-εδάφους κατά την εφαρμογή μόνον οριζόντιας φόρτισης και μόνον ροπής ανατροπής στην κεφαλή του πασσάλου. Το μεγάλο πλεονέκτημα αυτής της κανονικοποίησης έγκειται στο γεγονός ότι η μορφή των καμπυλών αλληλεπίδρασης δεν επηρεάζεται από άλλες παραμέτρους αντοχής του εδάφους και του πασσάλου, Με την θεώρηση συσχετισμένου νόμου πλαστικής ροής, δηλαδή για άμεση συσχέτιση των πλαστικών παραμορφώσεων με την καμπύλη αλληλεπίδρασης, η έκφραση του νόμου πλαστικής ροής προκύπτει από την αναλυτική έκφραση της καμπύλης αλληλεπίδρασης. Η φυσική σημασία της ισχύος του συσχετισμένου νόμου πλαστικής ροής είναι ότι ο πάσσαλος μετά την αστοχία συμπεριφέρεται ως ένα άκαμπτο στερεό σώμα και άρα το βάθος της πλαστικής άρθρωσης δίδεται από τον λόγο της πλαστικής εγκάρσιας μετακίνησης προς την στροφή. Η ορθότητα των αναλυτικών εκφράσεων των καμπυλών αλληλεπίδρασης και του κριτηρίου πλαστικής ροής επαληθεύονται με αναλύσεις επιβολής δύναμης σε ελαστοπλαστικό προσομοίωμα δοκού σε ελατηριωτό έδαφος τύπου Winkler και σε πλήρως τρισδιάστατο προσομοίωμα πεπερασμένων στοιχείων. Κάθε ανάλυση ακολουθεί μία συγκεκριμένη όδευση έως την αστοχία σε χώρο Q-Μ. Εκτός από την επαλήθευση της μορφής της καμπύλης αλληλεπίδρασης, από τις αναλύσεις λαμβάνονται και οι επαυξητικές μετατοπίσεις κατά την αστοχία. Έτσι ελέγχεται και η εγκυρότητα του συσχετισμένου νόμου πλαστικής ροής. Αρχικώς, κάθε αναλυτική έκφραση ξεχωριστά ελέγχεται με ένα προσομοίωμα δοκού σε ελατηριωτό έδαφος τύπου Winkler μέσω της μελέτης χαρακτηριστικού παραδείγματος. Διερευνάται η επιρροή χαρακτηριστικών παραμέτρων του συστήματος πασσάλου-εδάφους στην προβλεπόμενη συμπεριφορά, όπως η διάμετρος του πασσάλου, το μέτρο ελαστικότητας του εδάφους, η αστράγγιστη διατμητική αντοχή, αλλά και η πυκνότητα του καννάβου. Το προσομοίωμα δοκού σε ελατηριωτό έδαφος τύπου Winkler χρησιμοποιείται ευρέως για την προσομοίωση μεμονωμένων πασσάλων, αλλά δεν λαμβάνει υπόψιν την ακριβή φυσική το προβλήματος, όπως τις γεωμετρικές μη-γραμμικότητες. Έτσι, οι αναλυτικές εκφράσεις των καμπυλών αλληλεπίδρασης και του συσχετισμένου νόμου πλαστικής ροής εξετάζονται περαιτέρω με τρισδιάστατες αριθμητικές αναλύσεις με την χρήση διαφορετικών καταστατικών προσομοιωμάτων (συμπεριλαμβανομένου και του προτεινόμενου στην παρούσα διατριβή) χωρίς συσχετισμένο νόμο πλαστικής ροής και προσομοιώνουν καλύτερα την μή-γραμμικότητα του εδαφικού υλικού. Αποδεικνύεται ότι η μακροσκοπική συμπεριφορά του συστήματος εδάφους-θεμελίωσης δεν επηρεάζεται από τα χαρακτηριστικά του καταστατικού προσομοιώματος των αναλύσεων. Επιπλέον, εξετάζεται η επιρροή της ύπαρξης ή όχι γεωμετρικών μή-γραμμικοτήτων και αποδεικνύεται ότι το φαινόμενο της ολίσθησης και της αποκόλλησης του εδάφους στον πάσσαλο δεν επηρεάζει τη μορφή της κανονικοποιημένης καμπύλης αλληλεπίδρασης και το συσχετισμένο νόμο πλαστική ροής. Μελετώντας τους μηχανισμούς αστοχίας του πασσάλου, διακρίνονται χαρακτηριστικές ζώνες στην καμπύλη αλληλεπίδρασης: (1) Ζώνη ομόρροπης Μ-Q φόρτισης, όπου η καμπτική ροπή υπερισχύει στην απόκριση του συστήματος. Ο πάσσαλος υπόκειται σε μικρή οριζόντια μετατόπιση και μεγάλη ομόρροπη στροφή. Η πλαστική άρθρωση ανατπύσσεται κοντά στην κεφαλή του πασσάλου. (2) Ζώνη ομόρροπης Μ-Q φόρτισης, όπου η οριζόντια φόρτιση υπερισχύει στην απόκριση του συστήματος. Ο πάσσαλος υπόκειται σε μεγάλη οριζόντια μετατόπιση και μικρή ομόρροπη στροφή. Η πλαστική άρθρωση ανατπύσσεται κατά μήκος του πασσάλου. (3) Ζώνη αντίρροπης Μ-Q φόρτισης, όπου η οριζόντια φόρτιση υπερισχύει στην απόκριση του συστήματος. Ο πάσσαλος υπόκειται σε μεγάλη οριζόντια μετατόπιση και μικρή ομόρροπη στροφή. Η πλαστική άρθρωση ανατπύσσεται ακόμα βαθύτερα κατά μήκος του πασσάλου, αφού η αντίρροπη καμπτική ροπή αυξάνει την αντοχή της θεμελίωσης. (4) Ζώνη αντίρροπης Μ-Q φόρτισης, όπου η καμπτική ροπή υπερισχύει στην απόκριση του συστήματος. Ο πάσσαλος υπόκειται μόνον σε αντίρροπη στροφή ως προς την κατεύθυνση της δύναμης. Η πλαστική άρθρωση ανατπύσσεται στην κεφαλή του πασσάλου. Με βάση τις τρισδιάστατες αναλύσεις παρατηρείται ότι η προτεινόμενη καμπύλη αλληλεπίδρασης σε σε χώρο Μ-Q είναι ανεξάρτητη από την αξονική φόρτιση Ν. Επιπλέον, το αποτέλεσμα μιας δοκιμής φυσικής κλίμακας πασσάλου σε μαλακή άργιλο υπό ορίζόντια φόρτιση (Gerolymos, 2013) συγκρίνεται ικανοποιητικά με την προτεινόμενη καμπύλη αλληλεπίδρασης. Λόγω έλλειψης περισσότερων σημείων αστοχίας, μια σειρά πειραμάτων μονοτονικώς φορτιζόμενων μεμονωμένων πασσάλων έως την αστοχία (Push-over Tests) διεξήχθη στο Εργαστήριο Εδαφομηχανικής του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Σκοπός της πειραματικής σειράς είναι η πρακτική επαλήθευση της καμπύλης αλληλεπίδρασης Q-M και του συσχετισμένου νόμου πλαστικής ροής μεμονωμένων πασσάλων σε αμμώδες υλικό. Παρά την μικρή κλίμακα του πειράματος, η κανονικοποιημένη καμπύλη αλληλεπίδρασης επαληθεύεται ικανοποιητικά. Επιπλέον, η επαναληψιμότητα των πειραμάτων ενισχύει την σημασία των αποτελεσμάτων. Η επαλήθευση των πειραμάτων έγινε με προβλέψεις Class B (Lambe, 1973) μέσω ενός απλοποιημένου προσομοιώματος δοκού επί μή-γραμμικού ελατηριωτού εδάφους τύπου Winkler. Το προσομοίωμα βαθμονομήθηκε με τα πειράματα “καθαρής” αντοχής σε ροπή (για την συμπεριφορά του πασσάλου) και σε οριζόντια δύναμη (για το σύστημα) και εν συνεχεία έγινε πρόβλεψη της απόκρισης του πασσάλου για τα υπόλοιπα οκτώ πειράματα προτού αυτά πραγματοποιηθούν. Μετά την ολοκλήρωση των πειραμάτων πραγματοποιήθηκε τρισδιάστατη αριθμητική προσομοίωσή τους με το καταστατικό προσομοίωμα που προτείνεται στην παρούσα διατριβή, τροποποιημένο ώστε να λαμβάνει υπόψιν την μεταβολή της γωνίας τριβής της άμμου με την κατακόρυφη τάση, καθώς και την χαλάρωση του εδαφικού υλικού συναρτήσει της διατμητικής παραμόρφωσης. Το προσομοίωμα βαθμονομείται, όπως και πριν, για “καθαρή” οριζόντια φόρτιση και “καθαρή” ροπή και εν συνεχεία επαληθεύει την απόκριση του συστήματος για τις υπόλοιπες πειραματικές δοκιμές.

Τέλος, διερευνώνται οι επιπτώσεις της διαρροής του πασσάλου στην απόκριση συστήματος εδάφους‐πασσάλου‐γέφυρας υπό σεισμική φόρτιση με έμφαση στην δομητική ανελαστικότητα. Η αλληλεπίδραση εδάφους-πασσάλου-ανωδομής αναλύεται με δυο μεθόδους: (1) Με απλοποιημένη προσομοίωση, η οποία πραγματοποιείται σε δύο στάδια: (i) ανάλυση (εν-χρόνω) της ανελαστικής μη-γραμμικής απόκρισης του εδαφικού σχηματισμού, χωρίς την παρουσία πασσάλου, υπό τις εξεταζόμενες σεισμικές διεγέρσεις και (ii) ανάλυση της απόκρισης εδάφους-πασσάλου-ανωδομής με χρήση μή-γραμμικού υβριδικού ελατηριωτού προσομοιώματος Winkler, το οποίο διεγείρεται σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ανάλυσης της εδαφικής απόκρισης, (2) Με προσομοίωση της πλήρους σύζευξης της κινηματικής και αδρανειακής αλληλεπίδρασης σε τρισδιάστατο προσομοίωμα πεπερασμένων στοιχείων. Αρχικώς, συγκρίνοται τα αποτελέσματα των δυο προσομοιωμάτων για την ελαστική δυναμική απόκριση ενός συστήματος εδάφους-πασσάλου-κατασκευής. Ο κολωνοπάσσαλος θεμελιωμένος σε δίστρωτο αργιλικό έδαφος και μονολιθικά συνδεδεμένος με το κατάστρωμα μιας γέφυρας υποβάλλεται σε σεισμική διέγερση. Ελέγχεται η επίδραση των συνόρων του τρισδιάστατου προσομοιώματος στην απόκριση του συστήματος εδάφους–πασσάλου–κατασκευής. Για την ορθότερη προσομοίωση στο τρισδιάστατο προσομοίωμα χρησιμοποιείται ισοδύναμη απόσβεση με το προσομοίωμα δοκού σε ελατηριωτό έδαφος τύπου Winkler. Η επίδραση της διέγερσης στην σεισμική απόκριση διερευνάται μέσω τριών πραγματικών επιταχυνσιογραφημάτων. Σε όλες τις καταγραφές έγινε επικλιμάκια αναγωγή σε PGA = 0.5 g. Τα αποτελέσματα των δυο μεθόδων συγκρίνονται πολύ καλά σε όρους χρονοϊστορίας επιτάχυνσης, μετατόπισης, στροφής, φασμάτων απόκρισης και κατανομής μεγίστων ροπών. Έχοντας συγκρίνει την ελαστική απόκριση του συστήματος με τις δυο διαφορετικές μεθόδους, πραγματοποιείται μία πρώτη διερεύνηση των επιπτώσεων της διαρροής του πασσάλου στην απόκριση συστήματος εδάφους-πασσάλου-γέφυρας υπό σεισμική φόρτιση με έμφαση στην δομητική μή-γραμμικότητα. Επιπλέον, εξετάζεται η επίδραση του τύπου του εδαφικού υλικού, του ύψους του βάθρου, της δυνατότητας ανάπτυξης πλαστικής άρθρωσης στον φορέα πάνω και κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, αλλά και της ανελαστικής συμπεριφοράς του εδάφους στην σεισμική απόκριση του συστήματος σε όρους πλαστιμότητας. Στο μή-γραμμικό ελατηριωτό προσομοιώμα Winkler χρησιμοποιείται μια υβριδική διάταξη ελατηρίων και αποσβεστήρων. Η συμπεριφορά του εδάφους λαμβάνεται υπόψην με ένα μη-γραμμικό ελατήριο συνδεδεμένο σε σειρά με μια παράλληλη σύνδεση γραμμικού ελατηρίου και αποσβεστήρα. Για την συγκεκριμένη διάταξη προτείνεται μια μεθοδολογία βαθμονόμησης των σταθερών των ελατηρίων και του αποσβεστήρα. Όσον αφορά το τρισδιάστατο προσομοίωμα πεπερασμένων στοιχείων, για την περίπτωση του αμμώδους εδαφικού υλικού χρησιμοποιείται το προτεινόμενο καταστατικό προσομοίωμα της παρούσης διατριβής, οι παράμετροι του οποίου βαθμονομούνται με στόχο την ταύτιση των καμπυλών με τις αντίστοιχες καμπύλες G-γ από τη βιβλιογραφία. Επιπλέον, γίνεται μία σύγκριση της ανάλυσης ελεύθερου πεδίου με την ισοδύναμη γραμμική ανάλυση και την τρισδιάστατη μη-γραμμική ανάλυση. Από τις παραμέτρικές αναλύσεις των δυο προσομοιωμάτων προκύπτει: • Για συγκεκριμένη απαίτηση σε δείκτη καθολικής πλαστιμότητας μδ, η εμφάνιση της πλαστικής άρθρωσης κάτω από την επιφάνεια του εδάφους μειώνει την απαίτηση σε δείκτη τοπικής πλαστιμότητας μφ, υποδεικνύοντας την ευεργετκή συμπεριφορά της ανελαστικής απόκρισης του πασσάλου. • Τα ψηλότερα βάθρα, έχουν μεγαλύτερη απαίτηση σε δείκτη τοπικής πλαστιμότητας μφ, για συγκεκριμένη απαίτηση σε δείκτη καθολικής πλαστιμότητας μδ. Η απαίτηση πλαστιμότητας του Ευρωκώδικα 8 είναι συντηρητικότερη σε σύγκριση με τις δυο μεθόδους αναλύσεως. • Αντιστοίχως, η απαίτηση σε δείκτη τοπικής πλαστιμότητας μφ, για συγκεκριμένο λόγο οριζόντιας μετακίνησης της ανωδομής γ είναι μεγαλύτερη με την πλαστικοποίηση του βάθρου και με την αύξηση της διαμέτρου και του ύψους του βάθρου • Σχετικά με τις μέσες και μέγιστες τιμές που λαμβάνουν οι εξεταζόμενοι όροι πλαστιμότητας κατά τη διάρκεια ενός σεισμού, οι δείκτες τοπικής και καθολικής πλαστιμότητας μφ και μδ, μειώνονται όταν η πλαστική άρθρωση αναπτύσσεται μέσα στο έδαφος. Η αύξηση του ύψους του βάθρου και της διαμέτρου του βάθρου αυξάνουν τις μέσες και μέγιστες τιμές των μφ και μδ, ενώ μειώνουν τις αντίστοιχες του λόγου οριζόντιας μετακίνησης της ανωδομής γ. • Για δεδομένο λόγο οριζόντιας μετακίνησης της ανωδομής γ, η απαίτηση σε δείκτη τοπικής πλαστιμότητας μφ, είναι μεγαλύτερη σε μαλακά εδάφη. Από τα ανωτέρω τονίζεται ο μικρός ευεργετικός ρόλος της ανελαστικής συμπεριφοράς του εδάφους στην απόκριση της κατασκευής, αλλά κυρίως η μεγάλη ευεργετική επίδραση της ανάπτυξης της πλαστικής άρθρωσης στο φορέα κάτω από την επιφάνεια του εδάφους.