عمران و پروژه
اعتبار،چابکی،پاسخگویی

تحلیل عددی و بهینه‌سازی مدل فنر-میراگر برای ارزیابی اندرکنش خاک-سازه در سازه‌های سنگین نیمه‌مدفون تحت بارهای لرزه‌ای

https://doi.org/10.22034/cpj.2025.524306.1368
دوره 7، شماره 4 - شماره پیاپی 74
تیر 1404
صفحه 72-99
عمران و پروژه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

فرهاد پیرمحمدی علیشاه 1
کمال امامی 2

1 عضو هیات علمی و استادیار گروه عمران، دانشکده فنی و مهدسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شبستر، شبستر، ایران

2 گروه عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شبستر، شبستر، ایران

چکیده
اندرکنش بین سازه و محیط خاک تکیه‌گاهی آن، رفتار واقعی سازه را به طور قابل توجهی در مقایسه با رفتار سازه با تکیه‌گاه صلب، تغییر می‌دهد. در این تحقیق جهت مقایسه رفتاری سازه های با تکیه گاه صلب و سازه های قرار گرفته بر روی سیستم جرم و فنر از 11 نمونه خاک با مشخصات رفتاری مختلف استفاده گردیده است. مدل های عددی در نرم افزار SAP2000 تهیه شده و مورد تحلیل قرار گرفته اند. پیش از انجام مدلسازی عددی و جهت تامین اعتبار تحقیق اقدام به صحت سنجی یکی از مطالعات انجام گرفته در زمینه اندرکنش خاک و سازه گردید. نتایج صحت سنجی دارای میزان خطای قابل قبول بوده و شرایط لازم برای انجام ادامه تحقیق را فراهم نمود. با توجه به فراوان بودن انواع خاک به انتخاب چند نمونه از خاک های رایج در عملیات سازه ای بسنده گردید. پس از انتخاب رکوردهای مناسب برای انجام تحلیل و مدلسازی عددی با توجه به نیازهای مطالعاتی اقدام به انتخاب خروجی های مورد نیاز شد. جهت انجام تحلیل صحیح، رکوردهای انتخاب شده بر اساس ضوابط آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله استاندارد 2800 همپایه گردیده و از تحلیل غیرخطی دینامیکی استفاده گردید. نتایج مطالعات با توجه به مدلسازی های انجام گرفته حاکی از حائز اهمیت بودن در نظر گیری اثرات اندرکنش خاک و سازه می باشد. نتایج این مطالعات حاکی از اهمیت بسزای در نظرگیری اثرات اندرکنش خاک و سازه علی الخصوص در خاک های سیلتی می باشد. همچنین با درنظرگرفته شدن اثرات اندرکنش خاک و سازه مقادیر برش پایه به صورت محسوسی افزایش پیدا می کند که اهمیت بررسی اثرات اندرکنش خاک و سازه را بیش از پیش حائز اهمیت می نماید.

کلیدواژه‌ها

اندرکنش خاک و سازه
تحلیل لرزه‌ای
سازه‌های نیمه‌مدفون
مدل فنر-میرایی
تحلیل دینامیکی غیرخطی
موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical Analysis and Optimization of Spring-Damper Model for Evaluating Soil-Structure Interaction in Semi-Buried Heavy Structures Under Seismic Loads

نویسندگان English

farhad pirmohammadi alishah 1
Kamal Emami 2
1 Faculty Member and Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering and Engineering, Islamic Azad University, Shabestar Branch, Shabestar, Iran
2 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Islamic Azad University, Shabestar Branch, Shabestar, Iran
چکیده English

Soil-structure interaction (SSI) plays a crucial role in realistically predicting the behavior of structures compared to rigid base assumptions. In this study, the seismic response of semi-buried heavy structures was investigated using a mass–spring–damper model to capture SSI effects. Eleven soil samples with diverse behavioral characteristics were considered to compare the responses of structures with rigid supports and those with flexible, soil-supported bases. Numerical models were developed and analyzed using SAP2000 software. To ensure the reliability of the results, a benchmark SSI study from the literature was selected for validation, demonstrating an acceptable level of accuracy and convergence. Key soil properties for common construction soils were incorporated. Following careful selection and scaling of appropriate earthquake records according to Iranian seismic code (Standard No. 2800), nonlinear dynamic analyses were conducted. The findings clearly illustrate the significance of SSI, particularly for silty soils, where the interaction effect is pronounced. Incorporating SSI led to a considerable increase in base shear values, underscoring the necessity of accounting for these effects in the seismic design of heavy, semi-buried structures.

کلیدواژه‌ها English

  • Soil-structure interaction
  • Seismic analysis
  • Semi-buried structures
  • Spring-damper model
  • Nonlinear dynamic analysis
Alavi, E., & Gandomzadeh, A. (2020). Nonlinear Soil-Structure Interaction Modeling for Heavy
Embedded Structures. Engineering Structures, 216, 110780.
ASCE 7-22 (2022). Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other
Structures. American Society of Civil Engineers.
Building and Housing Research Center (BHRC). (2019). “Iranian Code of Practice for Seismic
Resistant Design of Buildings (Standard No. 2800),” 4th Edition, Tehran, Iran.
Computers and Structures, Inc. (2023). SAP2000 v24 Integrated Finite Element Analysis and
Design of Structures – User Manual. California, USA.
Chen, Q., Li, S., Shi, Y. (2023). Numerical Study of SSI Effects on Base Shear of Structures in Silty
Soils. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 167, 107469.
Chen, X., & Shi, Y. (2013). Soil–Structure Interaction Analysis of Seismic Response in Underground
Structures. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 12(1), 1–8.
Jin, X., Zhang, Y., & He, F. (2022). Selection and Scaling of Earthquake Ground Motion Records
for SSI Analysis. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 51(7), 1682–1699.
Jung, S.K. (2009). Influence of Soil-Structure Interaction on the Seismic Response of Building
Structures. Journal of Structural Engineering, 135(4), 482-492.
Hong, Z., et al. (2007). Three-dimensional finite element analysis of soil–structure interaction for
underground structures. Tunnelling and Underground Space Technology, 22(4), 433–441.
Kaynia, A.M., & Kausel, E. (2020). Advances in Soil–Structure Interaction Analysis: Theory and
Applications. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 133, 106128.
Khosravikia, F., Alavi, E., Gandomzadeh, A. (2019). Use of Equivalent Spring-Damper Models to
Simulate Subsurface SSI Effects. International Journal of Civil Engineering, 17(6), 771–786.
Mylonakis, G., & Gazetas, G. (2000). Seismic Soil–Structure Interaction: New Evidence and
Emerging Issues. Geotechnique, 50(3), 333–355.
Patra, S.K., Mukherjee, S., Dey, S., & Gupta, S. (2023). Influence of Soil–Structure Interaction on
Seismic Assessment of Subsurface Structures. Bulletin of Earthquake Engineering, 21, 1919–1946.
Stewart, J.P., Seed, R.B., & Idriss, I.M. (1999). Earthquake Ground Motion Scaling Procedures for
Geotechnical Applications. Earthquake Spectra, 15(2), 171–205.
Vafaei, B., Ghassemi, M.R., & Habibnejad Korayem, A. (2021). Evaluation of Glacial and Alluvial
Soil Deposits in Northwestern Iran. Journal of Earth System Science, 130, 215.
Zhang, M., Wang, X., & Wei, X. (2022). Effects of Soil–Structure Interaction on Seismic
Performance of Underground Structures. Engineering Structures, 266, 114536.
  • تاریخ دریافت 27 فروردین 1404
  • تاریخ بازنگری 02 خرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 03 خرداد 1404
  • تاریخ اولین انتشار 03 خرداد 1404
  • تاریخ انتشار 01 تیر 1404

صفحه اصلی

ارسال مقاله

تماس با ما

مقالات در نوبت انتشار