Abstract

In this paper, the analysis of a numerical study of pile–soil interaction subjected to axial and lateral loads is presented. An analysis of the composite pile–soil system was performed using the finite difference (FD) software LPILE. Two three dimensional, finite element (FE) models of pile–soil interaction have been developed using Abaqus/Cae and SAP2000 to study the effect of lateral loading on pile embedded in clay. A lateral displacement of 2 cm was applied to the top of the pile, which is embedded into the concrete pile cap, while maintaining a zero slope in a guided fixation. A comparison between the bending moments and lateral displacements along the depth of the pile obtained from the FD solutions and FE was performed. A parametric study was conducted to study the effect of crucial design parameters such as the soil’s modulus of elasticity, radius of the soil surrounding the pile in Abaqus/Cae, and the number of springs in SAP2000. A close correlation is found between the results obtained by the FE models and the FD solution. The results indicated that increasing the amount of clay surrounding the piles reduces the induced bending moments and lateral displacements in the piles and hence increases its capacity to resist lateral loading

چکیده

در این مقاله، تحلیل یک مطالعه عددی اندرکنش خاک-شمع تحت بارهای جانبی و محوری ارائه می شود. تحلیل سیستم خاک-شمع کامپوزیتی، با استفاده از نرم افزار تفاضل محدود (FD) LPILE اجرا شد. دو مدل المان محدود سه بعدی (FE) اندرکنش خاک-شمع، با استفاده از Abaqus/Cae و SAP2000 برای مطالعه اثر بارگذاری جانبی بر روی شمع جاسازی شده در رس توسعه داده شده اند. یک تغییرمکان جانبی 2 سانتی متر، در بالای شمع اعمال شد که در حین حفظ شیب صفر در یک گیرداری هدایت شده، داخل کلاهک شمع بتنی جاسازی می شود. مقایسه ای بین ممان های خمشی و تغییرمکان های جانبی در امتداد عمق شمع، حاصل از جواب های FD و FE اجرا شد. یک مطالعه پارامتریک برای بررسی اثر پارامترهای طراحی بحرانی از قبیل مدول الاستیسیته خاک، شعاع خاک مجاور شمع در Abaqus/Cae ، و تعداد فنرها در SAP2000 انجام شد. همبستگی نزدیکی بین نتایج حاصل از مدل های FE و جواب FD بدست آمد. نتایج نشان داد که افزایش میزان رس مجاور شمع ها، ممان های خمشی و تغییرمکان های جانبی حاصل شده را در شمع ها کاهش می دهد و در نتیجه، ظرفیت آن را برای مقاومت در برابر بار جانبی افزایش می دهد.

-1مقدمه

در حالت کلی، اندرکنش خاک شمع یک مسئله جدی بوده است. بنابراین، تحقیقات بیشتری برای درک بهتر و مدل کردن بهتر این اندرکنش موردنیاز است (عبدل-موهتی و پکان 2013الف و ب؛ خدایر و حاسیاتیس 2013). هدف اصلی استفاده از شمع ها، انتقال بارها از روبنا و کوله به یک خاک معتبر است در مواردی که خاک نزدیک سطح زمین نمی تواند بارهای وارده را تحمل نماید. شمع ها می توانند هر دو نیروهای محوری و جانبی را انتقال دهند. هنگامی که شمع تحت بارهای جانبی قرار می گیرد توده خاک مجاور شمع، نقشی کلیدی در فراهم آوردن تکیه گاه جانبی برای شمع ایفا می کند. ماهیت اندرکنش خاک-شمع، سه بعدی است و اینکه خاک یک واسطه غیرخطی و غیرایزوتروپیک است، موجب پیچیدگی بیشتر مسئله می گردد. بنابراین، یافتن یک راه حل دقیق برای چنین مسئله ای بی نهایت مشکل است. چندین روش برای پیش بینی پاشخ سیستم کامپوزیت خاک-شمع استفاده شده اند. مانع جدی در چنین فرآیندهایی، یافتن تقریب معتبری برای نمایش خاک است. روش عکس العمل بستر، ساده ترین راه حل را برای مسئله اندرکنش خاک-شمع فراهم می نماید. در این روش، شمع به عنوان یک تیر تحت بارگذاری جانبی الاستیک بررسی می شود. خاک به عنوان مجموعه ای از فنرهای مستقل با سختی ثابت ایده آل می شود که سختی جانبی در یک نقطه، بر سختی جانبی در نقاط دیگر در امتداد عمق شمع تاثیر نمی گذارد. سختی فنر یا مدول عکس العمل بستر، به عنوان نسبت عکس العمل خاک در واحد طول شمع تعریف می شود چنان چه در معادله 1 توصیف شد…