Υπολογισµός Καµπύλης Απόκρισης

Transcript

1 Απόκριση Θεµελιώσεων µε Πασσάλους υπό Οριζόντια Φόρτιση Απόκριση Πασσάλων υπό Οριζόντια Φόρτιση Μενονωµένος Πάσσαλος Φέρουσα Ικανότητα Μέθοδος Broms Οµάδα Πασσάλων Υπολογισµός Καµπύλης Απόκρισης p-y µέθοδος 3D ανάλυση 1

2 (M+dM) M + N dy - Vv dx = 0 (Hetenyi 1946) 2 2 dm dy d M d y dv + N VV = 0 + N V = 0 dx dx 2 2 dx dx dx d y d M d y M = EpIp = E 2 2 pip 4 dx dx dx dv p= V, dx 4 p = Epy y 2 d y d y Ep Ip + N + Epy y = dx dx Στρώση 2SM (18.6m) Στρώση 3SM (43.3m) Στρώση SMg ( 45. 1m) Μέτρο αντίδρασης P (MN/m) Οριζόντια µετακί νηση y (cm) ιάγραµµα οριζόντιας µετακίνησης µε το βάθος 0 y (m) z (m )

3 4 2 d y d y Ep Ip + N + Epy y = dx dx Epy=p/y Epy : Μέτρο αντίδρασης πασσάλου υπό οριζόντια φόρτιση (F/L 2 ) p : Αντίδραση εδάφους (F/L) y : Οριζόντια µετακίνηση πασσάλου (L) 3

4 Μαλακή Άργιλος - Στατική φόρτιση - Ανακυκλιζόµενη φόρτιση Σκληρή Άργιλος - Στατική φόρτιση - Ανακυκλιζόµενη φόρτιση Άµµος Μαλακός βράχος οκιµαστική φόρτιση πασσάλου για το σχεδιασµό θεµελιώσεων σηµαντικών έργων Αντίστροφη Ανάλυση µε βάση τα αποτελέσµατα (µετακινήσεις, παραµορφώσεις, φορτία) της δοκιµαστικής φόρτισης Απόκριση µεµονωµένου πασσάλου Προσδιορισµός καµπύλης απόκρισης (P-y) και κατανοµής καµπυλοτήτων ή/και ροπών µε το βάθος (φ-z, M-z) Ενιαία Παρουσίαση (συνέδριο) Απόκριση οµάδας πασσάλων Προσδιορισµός καµπύλης απόκρισης οµάδας (συντελεστής µείωσης της δυσκαµψίας της οµάδας, RG) και κατανοµής του φορτίου στους χαρακτηριστικούς πασσάλους 4

5 τέλος Στατική φόρτιση ε 50 Οριακή πλευρική αντίσταση: pult = min(put, pud) p p ut ud γ x = 3+ x+ J c cu D = 9 c D Εξίσωση Καµπύλης : u u D, J= Μαλακή Αργιλος Μέσης Συνεκτικ p = 0.5(y/y 50 ) 1/3, p p ult = 2.5 ε D, ε = 0,005 0, 02 y Στιφρή Αργιλος

6 Ανακυκλιζόµενη φόρτιση Υπολογισµός του κρίσιµου βάθους x r ( όταν p ud =p ut ) Εξίσωση Καµπύλης : x xr - για p 0.72p ult και y 3y 50 : p = 0.5(y/y 50 ) 1/3 - για x x r και y>3y 50 : p = 0.72p ult - για x<x r και 3y 50 y 15y 50 : Ευθύγραµµο τµήµα που ορίζεται από τα σηµεία [3y 50,0.72p ult ] και [15y 50,0.72p ult (x/x r )] x<x r - για x<x r και y>15y 50 : p = 0.72p ult (x/x r ) 6

7 7

8 Στατική φόρτιση Οριακή πλευρική αντίσταση: pult = min(put, pud) Εξίσωση Καµπύλης: Ανακυκλιζόμενη φόρτιση p = 0.5(y/y 50 ) 1/4, y 16y 50 = 2.5 ε D, ε = 0,005 0, 02 y Εξίσωση Καµπύλης: p = 0.5(y/y 50 ) 1/4, y 16y 50 4 y = y + y C logn, C = 9.6 (p /p c s 50 ult) 8

9 Οριακή πλευρική αντίσταση: p ult =A s p c ή p ult =A c p c - Για x<x t : Ko x tanφ tanβ tanβ + (D + x tanβ tanα) + p β φ α β φ ct = γ x tan( ) cos tan( ) + K o x tan β (tan φ tan β tan α ) Κα D - Για x x t : p cd = Kα D γ x (tan β 1) +Κο - Συντελεστές Α s, A c : 8 D γ x tanφ tan 4 β x/d α φ/2 β 45+φ/2 9

10 Εξίσωση Καµπύλης : - για y y u =3D/80 : p = p ult = A p c - για y u > y y m =D/60 : Ευθύγραµµο τµήµα κλίσης m που ορίζεται από τα σηµεία (y m, B p c ) και (y u, p ult ) - για y m > y y k =(C/k x) n(n-1) : p = C y 1/n p m n =, C = m ym - για y < y k : p = k x y p y m 1 n m Σχετική Πυκνότητα k (kpa) Χαλαρή Αµµος 5500 Μέσης Πυκνότητας Πυκνή x/d x/d x/d 10

11 Οριακή πλευρική αντίσταση: - Για 0 x r 3D : x = α σ + r pult r c D D - Για x r >3D : pult = 5.2 αr σc D Κλίση του αρχικού τµήµατος της καµπύλης P- y: E' mi = k i E mi 400 xr - Για 0 x r 3D : ki = D - Για 0 x r 3D : k i = 500 Εξίσωση Καµπύλης : - για y < y Α : p = Ε mi y - για y y A και p p ult : p = (p ult /2) (y/y m ) 0.25 y 5 4 m = km D, km = p = p ult 11

12 ιάταξη δοκιµαστικής φόρτισης Ενοργάνωση - οπτικές ίνες - αποκλισιόµετρο - µηκυνσιόµετρα - load cell Βήµατα φόρτισης (Η1): ΜΝ (Η2): ΜΝ Αποτελέσµατα δοκιµαστικής φόρτισης 12

13 Μέθοδος p-y οκιµαστική φόρτιση Αριθµητική ανάλυση (a) Συνθήκες ελεύθερης κεφαλής (b) Συνθήκες πακτωµένης κεφαλής 13

14 M=E p I p φ Επίδραση αξονικού φορτίου 14

15 ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΤΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΟΜΑΔΑΣ ΠΑΣΣΑΛΩΝ ΜΕ ΤΗΝ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΜΕΜΟΝΩΜΕΝΟΥ ΠΑΣΣΑΛΟΥ y ng R a = = y ns y y G s y G = μετακίνηση ομάδας y s = μετακίνηση μεμονωμένου πασσάλου y ng R a = = y ns y y G s 15

16 Παραμετρική ανάλυση D = 1.0 m L/D = 25.0 Διατάξεις: 2 x 2 Αξ. αποστάσεις: 2.0 D 3 x D 4 x D 5 x D C1 C2 C3 C4 S1 S2 S3 Μέτρο του Young Ε (MPa) 400 cu 300 cu 200 cu 150 cu Αριθμητικό προσομοίωμα Συντελεστής Poisson ν Αστράγγιστη συνοχή cu (kpa) z z z z Συνάφεια εδάφους πασσάλου στη διεπιφάνεια ca (kpa) Γωνία τριβής φ ( ο ) Γωνία τριβής διεπιφάνειας φi ( ο ) Φαινόµενο βάρος γ (kn/m 3 ) Επίδραση: - επιπέδου μετακίνησης -διάταξης - αξονικής απόστασης - διατμητικής αντοχής 16

17 Q Q G15 : οριζόντια φέρουσα ικανότητα οµάδας πασσάλων, αντιστοιχούσα σε µετακίνηση15%d, Q S15 : η οριζόντια φέρουσα ικανότητα µεµονωµένου πασσάλου, αντιστοιχούσα σε µετακίνηση15% 15%D, η L15 : ο συντελεστής απόδοσης φέρουσας ικανότητας για µετακίνηση 15%D, n : G15 = η L15 n Q S15 ο αριθµός πασσάλων της οµάδας Τύπος εδάφους s C1 C2 C3 C4 2.0D D D D D D D D D D D D D D D D η L15 1.0, για μεγάλη αξονική απόσταση K G = R K n 1 G y ns R G = = = Ra yng S Μέγιστη επίπτωση της αλληλεπίδρασης σε μικρά επίπεδα μετακίνησης, σε πυκνά διατεταγμένες ομάδες, με μεγάλο αριθμό πασσάλων και μεγάλης συνεκτικότητας αργίλους. y y s G Τύπος εδάφους s C1 C2 C3 C4 R G1 R G5 R G10 R G1 R G5 R G10 R G1 R G5 R G10 R G1 R G5 R G10 2.0D D D D D D D D D D D D D D D D

18 120% 155% 65% 3 3, 3.0D 57% 5 5, 3.0D 110% 130% 79% 3 3, 9.0D 70% 5 5, 9.0D 65% ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΦΟΡΤΙΟΥ ΣΤΙΣ ΣΕΙΡΕΣ H 1 η σειρά αναλαμβάνει πάντα το μεγαλύτερο φορτίο Για y<10%dη τελευταία σειράπροηγείται πάντα της προτελευταίας Για μεγάλες μετακινήσεις ακολουθούν οι επόμενες σειρές διαδοχικά (2 η, 3 η, 4 η και 5 η ) 18

19 65% Η αύξηση της συνοχήςοδηγεί σε μεγαλύτερη διαφοροποίηση μεταξύ των πασσάλων της ομάδας H αύξηση της μετακίνησης οδηγεί σε μικρότερη διακύμανση μεταξύ των πασσάλων της ίδιας ομάδας και σε µεγαλύτερη διαφοροποίηση µεταξύ των ίδιων πασσάλων διαφορετικής οµάδας Μεγαλύτερος αριθμός πασσάλωνοδηγεί σε μεγαλύτερο εύρος διακύμανσης C1, 3 3, 3.0 D ΔM =20%M P5 ΔM =8%M P5 Σημαντικά μεγαλύτερη ροπή από τον μεμονωμένο Μεγαλύτερη διακύμανση για μικρότερα φορτία Υψηλότερο σημείο μηδενισμού ροπών για μικρότερα φορτία Μικρότερη διακύµανση σε σχέση µε τις τέµνουσες y G =1.3%D, H m = 350 kn y G = 10.3%D, H m = 1750 kn 19

20 C1, 3 3, 3.0 D C3, 3 3, 3.0 D 65% Η αύξηση της διατμητικής αντοχής οδηγεί σε μικρότερες ροπές τέμνουσες, με μεγαλύτερο εύρος διακύμανσης Υψηλότερο σημείο μηδενισμού ροπών για στιφρότερες αργίλους H m = 1400 kn H m = 1300kN 65% C1, 5 5, 3.0 D Για την ίδια μετακίνηση, ο μεμονωμένος πάσσαλος αναπτύσσει σημαντικά μεγαλύτερη ροπή από τους πασσάλους της ομάδας. H s = H m = 1400 kn y G = y s 10%D (H s = 2100 kn, H m = 1400 kn) 20

21 Η αύξηση του αριθμού των πασσάλων και η μείωση της αξονικής τους απόστασης εντείνουντην αλληλεπίδραση και οδηγούν σε μεγαλύτερες τιμές συντελεστών R a. Μικρότερες τιμές R a σε σχέση με τις αργίλους Τύπος εδάφους S1 S2 S3 s η L10 η L15 η L10 η L15 η L10 η L15 2.0D D D D D D D D D D D D D D D D Συντελεστής φέρουσας ικανότητας η L15 : - ίδιας τάξης µε των αργιλικών εδαφών - αυξάνεται µε την αύξηση της διατµητικής αντοχής της άµµου 21

22 Μέγιστη επίπτωση της αλληλεπίδρασης σε μικρά επίπεδα μετακίνησης, σε πυκνά διατεταγμένες ομάδες, με μεγάλο αριθμό πασσάλων καιχαμηλής πυκνότητας άμμους (αντίθετη επίπτωση διατμητικής αντοχής σε σχέση με τις αργίλους) Τύπος εδάφους s S1 S2 S3 R G1 R G5 R G10 R G1 R G5 R G10 R G1 R G5 R G10 2.0D D D D D D D D D D D D D D D D , 9.0D 5 5, 9.0D 3 3, 3.0D 5 5, 3.0D 22

23 S2, 3 3, 3.0D Αυξανόμενη διατμητική αντοχή διεπιφανειών Σταθερή διατμητική αντοχή διεπιφανειών 65% ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΦΟΡΤΙΟΥ ΣΤΙΣ ΣΕΙΡΕΣ H 1 η σειρά αναλαμβάνει πάντα το μεγαλύτερο φορτίο Για μικρές μετακινήσεις η τελευταία σειρά προηγείται πάντα τουλάχιστον της προτελευταίας και έπεται της 1 ης Για μεγάλες μετακινήσεις ακολουθούν οι επόμενες σειρές διαδοχικά (2 η, 3 η, 4 η και 5 η ) 23

24 65% Η αύξηση της πυκνότητας οδηγεί σε μεγαλύτερη διαφοροποίηση μεταξύ των πασσάλων της ομάδας H αύξηση της μετακίνησης οδηγεί σε μεγαλύτερη διακύμανση μεταξύ των πασσάλων της ίδιας ομάδας και σε µεγαλύτερη διαφοροποίηση µεταξύ των ίδιων πασσάλων διαφορετικής οµάδας Μεγαλύτερος αριθμός πασσάλωνοδηγεί σε μεγαλύτερο εύρος διακύμανσης S1, 3 3, 3.0 D Σημαντικά μεγαλύτερη ροπή από τον μεμονωμένο ΔM=20%M P5 Υψηλότερο σημείο μηδενισμού ροπών για μικρότερα φορτία Μικρότερη διακύμανση σε σχέση με τις τέμνουσες y G =1.4%D, H m = 350 kn y G = 12.5%D, H m = 1750 kn 24

25 S1, 3 3, 3.0 D S2, 3 3, 3.0 D Η αύξηση της διατμητικής αντοχής οδηγεί σε μικρότερες ροπές τέμνουσες Υψηλότερο σημείο μηδενισμού ροπών τεμνουσών για πυκνότερες άμμους H m = 1400 kn H m = 1300kN S1, 5 5, 3.0 D Για την ίδια μετακίνηση, ο μεμονωμένος πάσσαλος αναπτύσσει σημαντικά μεγαλύτερη ροπή από τους πασσάλους της ομάδας. H s = H m = 1050 kn y G = y s 9.5%D (H s = 2100 kn, H m = 1050kN) 25

26 Συσχέτιση απόκρισης ομάδας και μεμονωμένου πασσάλου, αξιοποιώντας τα αποτελέσματα της παραμετρικής ανάλυσης. d b Ra = 1+ ( m 1) yns d 5 d Ra = 1+ 2( m 1) 20 a a y d b ns 1.3 m + 3 m ln 3 ( log nc ) log ( 1 2 y ), tanφ 30 log o tan25 d u 15 d 4 2 m= log( n + n ) n ( 1 2 y ), m= log( n + n ) n 2 ns ns x x y y x x y y ng G = R = R a a y y s ns Υπολογισμός του μέσου σφάλματος δυσκαμψίας και του σφάλματος δυναμικής ενέργειας για τις 112 περιπτώσεις της τριδιάστατης ανάλυσης. K m err = K K W i i 1 G Gp G Gp j W i err = i= 1, j K G WG W 26

27 τύπος εδάφους s Κerr,m (%) C1 C2 C3 C4 Werr (%) Κerr,m (%) Werr (%) Κerr,m (%) Werr (%) Κerr,m (%) Werr (%) 2.0D R d m 15 1 y 5 3 d a b 1.3 a = + ( m 1) yns d + u 2 ( log nc ) log ( 1 ) ns D D D D D D D D D D D D D D D Εύρος εφαρμογής:1%d y ns 15%D Πειραματικά στοιχεία από διατάξεις ομάδας: Brown κ.ά., 1987: 3 x3, 3.0D, c u = kPa, οριακές συνθήκες ίσης μετακίνησης και ελεύθερης περιστροφής κεφαλής Rollins κ.ά..1998:3 x3, 3.0D, c u = 25 50kPa(τοπικά 100kPa), οριακές συνθήκες ίσης μετακίνησης και ελεύθερης περιστροφής κεφαλής Ilyasκ.ά., 2004: σε φυγοκεντριστή, 2 x 2και 3 x3, 3.0D, ΝC καολίνης c u = 0 20kPa, ΟC καολίνηςc u = kpa, πακτωμένης κεφαλής Επαλήθευση μεθοδολογίας για συνθήκες ελεύθερης κεφαλής και για μικρότερο μήκος πασσάλων (L/D = 12): 27

28 τύπος εδάφους s Κerr,m (%) S1 S2 S3 Werr (%) Κerr,m (%) Werr (%) Κerr,m (%) Werr (%) 2.0D R = a d + 2( m 1) 20 y m tanφ 30 ln log o d 3 tan25 d a b ns 1 ns ( 1 2y ) D D D D D D D D D D D D D D D Σύγκριση απόκρισης πρόβλεψης και 3D ανάλυσης Επαλήθευση µεθοδολογίας για µεταβαλλόµενο µέτρο ελαστικότητας µε το βάθος Πειραματικά στοιχεία από διατάξεις ομάδας: Brown κ.ά., 1988: 3 x3, 3.0D, φ= 38.5 ο, οριακές συνθήκες ίσης μετακίνησης και ελεύθερης περιστροφής κεφαλής Rollins κ.ά., 2005: 3 x 3, 3.3D, φ = ο, οριακές συνθήκες ίσης µετακίνησης και ελεύθερης περιστροφής κεφαλής Ruesta& Townsend, 1997: πραγματικής κλίμακας, 4 x 4, 3.0D, φ = 32 ο, ελεύθερης κεφαλής 28

29 Κατανοµή φορτίου στους χαρακτηριστικούς πασσάλους 3x3, s=2.0d 3x3, s=3.0d 3x3, s=6.0d 3x3, s=3.0d, Ν=0.4MΝ 3x3, s=3.0d, Ν=0.8MΝ 29

30 ιεύθυνση φόρτισης s P 3 P 6 P 9 P2 P5 P8 P 1 P 4 P 7 s έδαφος 2.0D 3.0D 9.0D C s έδαφος 2.0D 3.0D 9.0D C Πολλαπλασιαστές p για y G = y s = 5%D µ.ό. σειράς C µ.ό. σειράς C µ.ό. σειράς C Πολλαπλασιαστές p για y G = y s = 10%D µ.ό. σειράς C µ.ό. σειράς C µ.ό. σειράς C µ.ό. σειράς µ.ό. σειράς

31 Φέρουσα Ικανότητα Πασσάλου σε Οριζόντια Φόρτιση Μέθοδος Broms Εμπειρική μέθοδος με εξ αρχής θεώρηση μηχανισμών αστοχίας Φέρουσα Ικανότητα Πασσάλου σε Οριζόντια Φόρτιση Μέθοδος Broms Πάσσαλος Ελεύθερης Κεφαλής σε συνεκτικό έδαφος, µικρού µήκους 31

32 Φέρουσα Ικανότητα Πασσάλου σε Οριζόντια Φόρτιση Μέθοδος Broms Πάσσαλος Ελεύθερης Κεφαλής σε συνεκτικό έδαφος, µικρού µήκους Φέρουσα Ικανότητα Πασσάλου σε Οριζόντια Φόρτιση Μέθοδος Broms Πάσσαλος Ελεύθερης Κεφαλής σε συνεκτικό έδαφος, µεγάλου µήκους 32

33 Φέρουσα Ικανότητα Πασσάλου σε Οριζόντια Φόρτιση Μέθοδος Broms Πάσσαλος Ελεύθερης Κεφαλής σε συνεκτικό έδαφος, µεγάλου µήκους Φέρουσα Ικανότητα Πασσάλου σε Οριζόντια Φόρτιση Μέθοδος Broms Πάσσαλος Πακτωµένης Κεφαλής σε συνεκτικό έδαφος, µικρού µήκους 33

34 Φέρουσα Ικανότητα Πασσάλου σε Οριζόντια Φόρτιση Μέθοδος Broms Πάσσαλος Πακτωµένης Κεφαλής σε συνεκτικό έδαφος, ενδιάµεσου µήκους Φέρουσα Ικανότητα Πασσάλου σε Οριζόντια Φόρτιση Μέθοδος Broms Πάσσαλος Πακτωµένης Κεφαλής σε συνεκτικό έδαφος, µεγάλου µήκους 34

35 35

36 Φέρουσα Ικανότητα Πασσάλου σε Οριζόντια Φόρτιση Μέθοδος Broms Πάσσαλος Ελεύθερης Κεφαλής σε µη συνεκτικό έδαφος, µεγάλου µήκους 36

37 Φέρουσα Ικανότητα Πασσάλου σε Οριζόντια Φόρτιση Μέθοδος Broms Πάσσαλος Πακτωµένης Κεφαλής σε µη συνεκτικό έδαφος, µικρού µήκους Φέρουσα Ικανότητα Πασσάλου σε Οριζόντια Φόρτιση Μέθοδος Broms Πάσσαλος Πακτωµένης Κεφαλής σε µη συνεκτικό έδαφος, ενδιάµεσου µήκους 37

38 Φέρουσα Ικανότητα Πασσάλου σε Οριζόντια Φόρτιση Μέθοδος Broms Πάσσαλος Ελεύθερης Κεφαλής σε συνεκτικό έδαφος, µεγάλου µήκους Φέρουσα Ικανότητα Πασσάλου σε Οριζόντια Φόρτιση Μέθοδος Broms Τέλος Broms 38

39 Πειραµατική και αριθµητική διερεύνηση απόκρισης ρηγµατωµένης διατοµής πασσάλου από οπλισµένο σκυρόδεµα Κωµοδρόµος Α. Μ., Ρεντζεπέρης Ι.Κ., Παπαδοπούλου Μ. Κ. Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών - Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας 77 Κατά τη διερεύνηση της απόκρισης κατασκευών η ανάλυση περιορίζεται κατά κύριο λόγο στην µετελαστική συµπεριφορά της ανωδοµής (η απόκριση της θεµελίωσης θεωρείται ελαστική ή ακόµη στερεοπλαστική) Πιο αξιόπιστη προσέγγιση σύζευξη της απόκρισης ανωδοµής και θεµελίωσης Μέθοδος ανάλυσης αλληλεπίδραση εδάφους - ανωδοµής τεχνική υποσυστηµάτων (substructuring) 78 39

40 Μη γραµµική απόκριση πασσάλων Μη γραµµική συµπεριφορά τους εδάφους Αλληλεπίδραση πασσάλων λόγω λειτουργίας οµάδας Μετελαστική συµπεριφορά πασσάλου 79 Μετελαστική συµπεριφορά πασσάλου Πειραµατική διερεύνηση δοκιµαστική φόρτιση πασσάλου προσδιορισµός απόκρισης δεδοµένα για επαλήθευση προσαρµογή παραµέτρων αντοχής και παραµορφωσιµότητας Αριθµητική διερεύνηση αντίστροφη ανάλυση επαλήθευση παραµέτρων επίλυση πασσάλου σε διαφορετικές συνθήκες φόρτισης και διάταξης 80 40

41 οκιµαστική φόρτιση: Εδαφική τοµή γεωτεχνικά στοιχεία Θέση κατασκευής γέφυρας σύνδεσης 6 ου προβλήτα Θεσσαλονίκης και εθνικής οδού Αθήνας Θεσ/νίκης 81 οκιµαστική φόρτιση: Ενοργάνωση Τοποθέτηση αισθητήρων οπτικών ινών και αποκλισιοµετρικού σωλήνα 82 41

42 οκιµαστική φόρτιση: ιάταξη 83 οκιµαστική φόρτιση: Επιβολή φορτίου Κύκλος Η1: ΜΝ Κύκλος Η2: ΜΝ 84 42

43 οκιµαστική φόρτιση: απόκριση φορτίου µετακίνησης 1.2 Horizontal Load H (MN) Test Cycle H1 Test Cycle H2 P-y analysis Hcr Hnom Displacement y (mm) 85 οκιµαστική φόρτιση: καταγραφή αισθητήρων οπτικών ινών SA-2 ελκυσµός, SB-2 θλίψη υπολογισµός παραµορφώσεων, καµπυλότητας, δυσκαµψίας και ροπής M= E I φ = (Ε I + E Σηµείο εκδήλωσης ρηγµάτωσης p p φ= c ε c t + h ε c s I ) φ s 86 43

44 3-D Αριθµητική προσοµοίωση δοκιµαστικής φόρτισης Μη γραµµική ανάλυση (µε προσοµοίωση ρηγµάτωσης) κόµβους στοιχεία 342 στοιχεία ράβδου Στοιχεία διεπιφάνειας πασσάλους - έδαφος ράβδους χάλυβα - σκυρόδεµα 87 3-D Αριθµητική προσοµοίωση δοκιµαστικής φόρτισης 2/3 Αντοχή σκυροδέµατος σε ελκυσµό, Ευρωκώδικας 2 f f ctm ct = = 0.30 f 2 f ck ck Αντοχή σκυροδέµατος σε ελκυσµό, ACI ιαγράµµατα τάσεων-παραµορφώσεων σκυροδέµατος και χάλυβα σύµφωνα µε τον Ευρωκώδικα

45 3-D Αριθµητική προσοµοίωση δοκιµαστικής φόρτισης ιαδοχικές επιλύσεις µε 1 διορθώσεις των παραµέτρων µέχρι να επέλθει ικανοποιητική προσέγγιση. Οι τιµές των Οριζόν τιο φορτίο N (MN) Test Cycle H1 Test Cycle H2 Pile Test Simulation παραµέτρων βέλτιστης 0.2 προσέγγισης χρησιµοποιούνται στις περαιτέρω επιλύσεις Μετακίνηση κεφαλής y (mm) 89 Η επίδραση της ρηγµάτωσης στην απόκριση πασσάλου οπλισµένου σκυροδέµατος υπό οριζόντια φόρτιση Κωµοδρόµος Α. Μ., Παπαδοπούλου Μ. Κ., Ρεντζεπέρης Ι.Κ., Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών - Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας 90 45

46 Προσοµοίωση θεµελίωσης µε πασσάλους Αντικατάσταση µε οριακές συνθήκες πάκτωσης ιδιότυπη περίπτωση της τεχνικής substructuring όπου δεν ικανοποιούνται οι αρχές συµβιβαστού στο κοινό όριο ανωδοµής και θεµελίωσης Αλληλεπίδραση εδάφους ανωδοµής σύζευξη της απόκρισης ανωδοµής και θεµελίωσης Μέθοδος υποσυστηµάτων (substructuring) ξεχωριστή µη γραµµική επίλυση ανωδοµής και θεµελίωσης στο πλαίσιο εξασφάλισης συµβιβαστού παραµορφώσεων και τάσεων στο κοινό όριο 91 Εφαρµογή σε περίπτωση χαραδρογέφυρας πλήρης αλληλεπίδραση (υπερβολικές υπολογιστικές απαιτήσεις) τεχνική υποσυστηµάτων (επαναληπτική διαδικασία επίλυσης µε απλούστερη προσέγγιση και συγκριτικά πολύ µικρότερο υπολογιστικό κόστος) 92 46

47 Εφαρµογή σε περίπτωση χαραδρογέφυρας Αντικατάσταση της θεµελίωσης πασσάλων µε µητρώο δυσκαµψίας 6 x 6 το οποίο συµπεριλαµβάνει και τις επιπτώσεις λόγω λειτουργίας οµάδας Οι επιπτώσεις της ρηγµάτωσης αγνοούνται σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις 93 3-D Αριθµητική ανάλυση απόκριση οκιµαστικής φόρτισης Προσοµοίωσης.Φ. Πασσάλου ελεύθερης κεφαλής Πασσάλου πακτωµένης κεφαλής Οριζόν τιο φορτίο N (MN) Test Cycle H1 Test Cycle H2 Pile Test Simulation Free-Head Single Pile Fix-Head Single Pile Μετακίνηση κεφαλήςy (mm) 94 47

48 3-D Αριθµητική ανάλυση απόκριση οκιµαστικής φόρτισης Προσοµοίωσης.Φ. Πασσάλου ελεύθερης κεφαλής Πασσάλου πακτωµένης κεφαλής Οριζόντιο φορτίο H(MN) Test Cycle H1 Test Cycle H2 Pile Test Simulation Ελεύθερης κεφαλής Πακτωµένης κεφαλής Η δοκιµαστική φόρτιση αντιστοιχεί σε συνθήκες ελεύθερης κεφαλής (ανάπτυξη µεγάλων καµπυλοτήτων στο άνω µέρος του πασσάλου ρηγµάτωση και εκδήλωση µεγαλύτερων µετακινήσεων) Μετακίνηση κεφαλής y (mm) 3-D Αριθµητική ανάλυση Οι οριακές συνθήκες καθιστούν τον πάσσαλο ελεύθερης κεφαλής πιο ευπαθή λόγω της διαφορετικής τοπολογίας ρηγµάτωσης. Για το ίδιο φορτίο η ρηγµατωµένη περιοχή εµφανίζει πολύ µεγαλύτερο εύρος απ ό,τι στον πάσσαλο πακτωµένης κεφαλής 96 48

49 Ρηγµάτωση Μεταβολή της δυσκαµψίας vs ανηγµένου εύρους ρηγµάτωσης (d cr / D) M = E p I p φ = (Ε c I c + E s I s ) φ 97 Ρηγµάτωση Μεταβολή της δυσκαµψίας vs ανηγµένου εύρους ρηγµάτωσης (d cr / D) Ενσωµάτωση σε κώδικα µη γραµµικής µονοδιάστατης ανάλυσης µε επαναληπτική διαδικασία υσκαµψία E I (MN.m 2 ) 700 Ep Ip 600 Ec Ici 500 Es Isi Αν ηγµέν ο εύρος ρηγµάτωσης dcr/d 98 49

50 Ευεργετική δράση θλιπτικής αξονικής δύναµης (3-D ανάλυση) Η συνύπαρξη θλιπτικής αξονικής δύναµης περιορίζει τη διεύρυνση της ρηγµάτωσης µε ευεργετικά αποτελέσµατα στην απόκριση και την αντοχή Οριζόντιο φορτίο H (MN) Free-Head Single Pile Pile Test Simulation, assuming pile as linear elastic Pile Test Simulation, Axial Load N= 3.0 MN Μετακίνηση κεφαλής y (mm) 99 Ευεργετική δράση θλιπτικής αξονικής δύναµης (1-D ανάλυση) Η συνύπαρξη θλιπτικής αξονικής δύναµης περιορίζει τη διεύρυνση της ρηγµάτωσης µε ευεργετικά αποτελέσµατα στην απόκριση και την αντοχή Καµπτική Ροπή M (kn.m) D=0.80m, 16Φ18, Ν=0.0 MN D=0.80m, 16Φ18, Ν=0.5 MΝ 200 D=0.80m, 16Φ18, Ν=2.0 MΝ Καµπυλότητα φ (1/m)

51 Ευεργετική δράση θλιπτικής αξονικής δύναµης (1-D ανάλυση) Η συνύπαρξη θλιπτικής αξονικής δύναµης περιορίζει τη διεύρυνση της ρηγµάτωσης µε ευεργετικά αποτελέσµατα στην απόκριση και την αντοχή Καµπτική Ροπή M (kn.m) D=0.80m, 16Φ18, Ν=0.0 MN D=0.80m, 16Φ18, Ν=0.5 MΝ D=0.80m, 16Φ18, Ν=2.0 MΝ υσκαµψία πασσάλου Ep Ip (MN.m 2) 101 Λάθος εκτίµηση καµπτικής ροπής

52 Συγκεντρωτική παρουσίαση αποκρίσεων Πειραµατικά αποτελέσµατα και αριθµητικός προσδιορισµός 103 Πρόβλεψη απόκρισης χαρακτηριστικών πασσάλων οµάδας

53 Συµπεράσµατα Η ρηγµάτωση των πασσάλων οδηγεί σε σηµαντικές επιπτώσεις στην απόκριση των πασσαλοθεµελιώσεων (µικρότερη αντοχή και δυσκαµψία). Η µεταβολή αυτή επηρεάζει µε τη σειρά της την απόκριση των ανωδοµών. Για την αποτίµηση των επιπτώσεων πραγµατοποιήθηκε δοκιµαστική φόρτιση µε κατάλληλη ενοργάνωση. Τα αποτελέσµατα χρησιµοποιήθηκαν στη συνέχεια για τη διεξαγωγή 3-D µη γραµµικής ανάλυσης. Κατά τον τρόπο αυτό προσδιορίσθηκαν µε υψηλή ακρίβεια οι παράµετροι διατµητικής αντοχής και παραµορφωσιµότητας των συστατικών στοιχείων. 105 Συµπεράσµατα ιερευνήθηκε στη συνέχεια η ευεργετική δράση θλιπτικής αξονικής δύναµης και οι επιπτώσεις των οριακών συνθηκών στην ανάπτυξη της ρηγµάτωσης Η διερεύνηση πραγµατοποιήθηκε τόσο µε σύνθετη ανάλυση (τρισδιάστατη µη γραµµική ανάλυση) όσο και µε απλούστερη προσέγγιση (µονοδιάστατη ανάλυση µε χρήση στοιχείων δοκού). Η τρισδιάστατη ανάλυση επιτρέπει την ακριβέστερη δυνατή ανάλυση µε πολύ υψηλό εντούτοις υπολογιστικό κόστος Η µονοδιάστατη ανάλυση φαίνεται ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα δεδοµένου ότι µε µικρό υπολογιστικό κόστος δίνει ικανοποιητικά αποτελέσµατα, ενώ µπορεί εύκολα να ενταχθεί σε κώδικα πλήρους ανάλυσης

54 Μη γραµµική απόκριση πασσάλων Μη γραµµική συµπεριφορά τους εδάφους Αλληλεπίδραση πασσάλων λόγω λειτουργίας οµάδας Μετελαστική συµπεριφορά πασσάλου 107 Αριθμητική διερεύνηση απόκρισης ομάδας πασσάλων C1, 3 x3, 2.0D y G = 14.4 cm C1, 3 x3, 3.0D y G = 10.3 cm C1, 3 x3, 6.0D y G = 8.6 cm 54

55 Αριθμητική διερεύνηση απόκρισης ομάδας πασσάλων Κατηγορία C4 C1, 3 3, 3.0 D ΔV=80%V P5 y G = 1.3%D, H m = 350 kn y G = 10.3%D, H m = 1750 kn 55

56 S1, 3 3, 3.0 D ΔV=50%V P5 y G = 1.4%D, H m = 350 kn y G = 12.5%D, H m = 1750 kn m W K err err 56

57 m W K err err Εύρος εφαρμογής:1%d y ns 15%D (Βrownet al, 1987) 3 x 3, 3.0D c u = 100 kpa (Rollins et al, 1998) 3 x 3, 3.0D c u = 50 kpa 57

58 Επαλήθευση για οριακές συνθήκες ελεύθερης κεφαλής Επαλήθευση για L/D = 12 m W K err err 58

59 Σύγκριση αποκρίσεων για μέτρο ελαστικότητας σταθερό (Ε = 30 ΜPa)και μεταβαλλόμενο (Ε=20+1.1z = MPa) (Rollins et al, 2005) 3 x 3, 3.0D c u = 50 kpa 59

60 Αποτίμηση της προτεινόμενης μεθόδου P 3 ιεύθυνση P2 φόρτισης P 1 P 6 P5 P 4 s P 9 P8 P 7 s έδαφος 2.0D 3.0D 9.0D C s έδαφος 2.0D 3.0D 9.0D C Πολλαπλασιαστές p για y G = y s = 5%D µ.ό. σειράς C µ.ό. σειράς C µ.ό. σειράς C Πολλαπλασιαστές p για y G = y s = 10%D µ.ό. σειράς C µ.ό. σειράς C µ.ό. σειράς C µ.ό. σειράς µ.ό. σειράς