Оценка взаимного влияния свай при вертикальных колебаниях фундамента
- Авторы: Колесников А.О.1, Попов В.Н.2, Костюк Т.Н.1
-
Учреждения:
- Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)
- Институт теоретической и прикладной механики имени С.А. Христиановича СО РАН
- Выпуск: Том 16, № 3 (2020)
- Страницы: 209-218
- Раздел: Динамика конструкций и сооружений
- URL: https://journals.rcsi.science/1815-5235/article/view/325616
- DOI: https://doi.org/10.22363/1815-5235-2020-16-3-209-218
- ID: 325616
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Цель исследования - изучение изменения динамической жесткости свайного фундамента от расстояния между сваями при вертикальных колебаниях с использованием экспериментальных данных из литературных источников и решения волновых моделей, описывающих вертикальные колебания тонкой пластины с круглыми вырезами. Методы. Для проверки достоверности решений волновых моделей, описывающих изменение динамических жесткостей при вертикальных колебаниях свайных фундаментов, используются данные, полученные в экспериментах по определению собственных частот связанных ростверками групп 3×3 висячих свай с различными расстояниями между ними. Также использованы данные, полученные при вынужденных вертикальных колебаниях связанных ростверками групп свай 2×2 при различных нагрузках и расстояниях между сваями. При обработке имеющихся амплитудно-частотных кривых решается обратная задача с использованием теории нелинейных колебаний для определения динамической жесткости. Оценивается соответствие между измеренными и прогнозируемыми данными при описании поведения свайно-грунтовой системы. Результаты. Установлено, что соотношения, учитывающие взаимное влияние висячих свай в кусте, полученные в рамках решений волновых моделей и применяемые для расчета динамических жесткостей при вертикальных колебаниях свайных фундаментов, позволяют получать удовлетворительные результаты по точности. Отклонение результатов расчетов от данных экспериментальных исследований не превышает 15 %.
Об авторах
Алексей Олегович Колесников
Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)
Автор, ответственный за переписку.
Email: ao_kolesnikov@mail.ru
кандидат технических наук, доцент, кафедра инженерной геологии, оснований и фундаментов
Российская Федерация, 630008, Новосибирск, ул. Ленинградская, 113Владимир Николаевич Попов
Институт теоретической и прикладной механики имени С.А. Христиановича СО РАН
Email: ao_kolesnikov@mail.ru
доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник
Российская Федерация, 630090, Новосибирск, ул. Институтская, 4/1Татьяна Николаевна Костюк
Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)
Email: ao_kolesnikov@mail.ru
магистрант, кафедра инженерной геологии, оснований и фундаментов
Российская Федерация, 630008, Новосибирск, ул. Ленинградская, 113Список литературы
- Prakash S., Puri V.K. Foundations for machines: analysis and design. NY: J. Wiley & Sons; 1988.
- Chowdhury I., Dasgupta S.P. Dynamics of Structures and Foundations: A Unified Approach: Fundamentals: 1. CRC Press, 2008.
- Pyateckij V.M., Aleksandrov B.K., Savinov O.A. Sovremennye fundamenty mashin i ikh avtomatizirovannoe proektirovanie [Modern foundations of machines and their computer design]. Moscow: Strojizdat Publ., 1993. (In Russ.)
- Savinov O.A. Sovremennye konstruktsii fundamentov pod mashiny i ikh raschet [Modern construction of foundations for machines and their calculation]. Leningrad: Strojizdat Publ.; 1979. (In Russ.)
- Guo W.D. Theory and practice of pile foundations. CRC Press; 2013.
- Novak M., El Sharnouby B. Evaluation of dynamic experiments on pile group. Journal of Geotechnical Engineering. 1984;110(6):738–756.
- Rashidifar M.A., Rashidifar A.A., Abertavi A. Nonlinear characteristics of the pile soil system under vertical vibration. Universal Journal of Engineering Science. 2016;(4):59–65.
- Manna B., Baidya D.K. Dynamic nonlinear response of pile foundations under vertical vibration – Theory versus experiment. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2010;30:456–469.
- Das S.K., Manna B., Baidya D.K. Prediction of pile-separation length under vertical vibration using ANN. 14th Asian Regional Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering 2011. Hong Kong, China. 2013;2: 887–892.
- El Naggar M., Novak M. Nonlinear axial interaction in pile dynamics. Journal of Geotechnical Engineering ASCE. 1994;120(4):678–696.
- Matlock H., Foo S.H.C., Bryant L.M. Simulation of lateral pile behaviour under earthquake motion. Proc. ASCE. Specialty Conf. on Earthq. Eng. and Soil Dyn., XI. 1978:600–619.
- Novak M., Sheta M. Approximate approach to contact problems of piles. Proc: Dyn. Response of Pile Found: Analytical Aspects (p. 53–79). NY: ASCE; 1980.
- Veletsos A.S., Dotson K.W. Vertical and torsional vibration of foundations in inhomogeneous media. Jl. of Geotech. Eng., ASCE. 1988;114(9):1002–1021.
- Baranov V.A. O raschete vynuzhdennyikh kolebanij zaglublennogo fundamenta [On the calculation of forced oscillations of the deepening foundation]. Voprosy dinamiki i prochnosti: Trudy Rizhskogo politekhnicheskogo instituta. 1967;(14):195–209. (In Russ.)
- Nuzhdin L.V., Zabylin M.I. Zhestkost' i dempfirovanie vertikal'nykh kolebanij svajnogo fundamenta v sloistom osnovanii [Stiffness and damping of vertical vibrations of the pile foundation in a layered bases]. Izv. vuzov. Stroitel'stvo i arkhitektura. 1990;12:36–41. (In Russ.)
- Nuzhdin L.V., Genze P.A., Popov V.N. Otsenka dinamicheskikh reaktsij na konturakh neskol'kikh kruglykh vyrezov v beskonechnoj plastine [Estimation of dynamic reactions on the contours of several circular cuts in an infinite plate]. Izv. vuzov. Stroitel'stvo. 2005;4:47–53. (In Russ.)
- Wu W., Wang K., Zhang Z., Leo C. Soil-pile interaction in the pile vertical vibration considering true three-dimensional wave effect of soil. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. 2013; 37(17):2860–2876.
- Medina C., Aznárez J., Padrón L., Maeso O. Effects of soil-structure interaction on the dynamic properties and seismic response of piled structures. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2013;53:160–175.
- Allani M., Holeyman A. Numerical evaluation of effects of nonlinear lateral pile vibrations on nonlinear axial response of pile shaft. Soils and Foundations. 2013;53(3):395–407.
- Khalil M.M., Hassan A.M., Elmamlouk H.H. Dynamic behavior of pile foundations under vertical and lateral vibrations. HBRC Journal. 2019;15(1):55–71. DOI: 10.1080/ 16874048.2019.1676022.
- Amiri A.M., Ghanbari A.A., Derakhshandi M. An analytical model for estimating the vibration frequency of structures located on the pile group in the case of floating piles and end-bearing pile march. Civil Engineering Journal. 2018;4(2):450–468. doi: 10.28991/cej-0309105.
- Biswas S., Manna B. Experimental and theoretical studies on the nonlinear characteristics of soil-pile systems under coupled vibrations. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2018;144(3):04018007. doi: 10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0001850.
- Biswas S., Manna B., Baidya D.K. Experimental and theoretical study on the nonlinear response of full-scale single pile under coupled vibrations. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2017;94:109–115. doi: 10.1016/j.soildyn. 2017.01.012.
- Gazetas G., Markis N. Dynamic pile-soil-pile interaction. Part I: Analysis of axial vibration. Earthquake Engineering and Structural Dynamics. 1991;20(2):115–132. DOI: 10.1002/ eqe.4290200203.
- Novak M. Dynamic Stiffness and Damping of Piles. Canadian Geotechnical Journal. 1974;11(4):574–598.
- Lamb H. On the propagation of tremors over the surface of an elastic solid. Philos. Trans. Roy. Soc. London, Ser. A. 1904;203:1–42.
- Kolesnikov A.O., Popov V.N. Estimation of dynamic responses on contours of several round cuts at vibrations of a thin plate. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2014;3:37–43. (In Russ.)
- Kolesnikov A.O., Popov V.N. Dinamicheskie reaktsii na konturakh krugovykh vyrezov s uchetom ikh vzaimnogo raspolozheniya pri kolebaniyakh plastiny [Dynamic reactions on contours of circular cuts taking into account their mutual arrangement at plate oscillations]. Izvestiya VNIIG imeni B.Ye. Vedeneeva. 2017;283:3–10. (In Russ.)
- Kolesnikov A.O., Popov V.N., Kostiuk T.N. Issledovanie vliyaniya zaglubleniya i raspolozheniya svaj na sobstvennye chastoty pri kolebaniyakh fundamentov [Investigation of the influence of deepening and piles location on natural frequencies during foundation vibrations]. Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo. 2019;5:39–52. (In Russ.)
- Kolesnikov А.О., Kostiuk T.N., Popov V.N. Calculation of foundation vertical stiffness with the piles mutual influence effect. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2019;15(3):229–236. http://dx.doi.org/ 10.22363/1815-5235-2019-15-3-229-236 (In Russ.)
- Manna B., Baidya D.K. Nonlinear vertical dynamic response of pile groups. Proceedings of the 17th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. 2009:1128–1131. doi: 10.3233/978-1-60750-031-5-1128.
- Novak M. Data reduction from nonlinear response curves. Journal of Engineering Mechanics, ASCE, 97(EM4). 1971:1187–1204.
- Lorenz H. Elasticity and damping effects of oscillating bodies on soil. Symposium on Dynamic Testing on Soils, ASTM STP. 1953;156:113–122.
Дополнительные файлы
