Вертикальний імпеданс фундаменту на шарі водонасиченого ґрунту

О.М. Trofymchuk; О.М. Homilko; О.А. Savytskyi

doi:10.33644/scienceandconstruction.v20i2.95

О.М. Trofymchuk Dr., Prof., Director, Institute of Telecommunications and Global Information Space of the NASU, Kyiv, Ukraine, https://orcid.org/0000-0003-3782-4209
О.М. Homilko Dr., Prof., Leading Researcher, Institute of Telecommunications and Global Information Space of the NASU, Kyiv, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-4915-1120
О.А. Savytskyi Dr., Prof., Senior Researcher, Institute of Telecommunications and Global Information Space of the NASU, Kyiv, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-9212-1744

DOI: https://doi.org/10.33644/scienceandconstruction.v20i2.95

Ключові слова: динамічна взаємодія фундаменту з ґрунтовою основою, водонасичений ґрунт, модель Біо, шарувата основа, функція імпедансу, динамічна контактна задача, метод ортогональних поліномів

Анотація

Один з методів динамічного аналізу відповідальних споруд – застосування імпедансних чи передаточних функцій частоти, які можуть бути включені до динамічних розрахункових схем будівель, що проектуються. На основі аналізу традиційних та сучасних методів визначення характеристик динамічної взаємодії фундаментів споруд з ґрунтовою основою пропонується для оцінки залежності реакції по підошві фундаменту від частоти у випадках водонасичення пористого незв’язного ґрунту в основі та горизонтально-шаруватої його неоднорідності використовувати хвильові рівняння руху ґрунтової пористопружної насиченої стисливою і в’язкою рідиною основи (модель Біо двофазного середовища). Методом інтегральних перетворень визначаються символьні вирази точного розв’язку для переміщень фаз на границі основи (під підошвою фундаменту) від розподілених вертикальних гармонічних навантажень на фази. При вертикальних коливаннях малозаглибленого фундаменту (смуги) розглядаються складові реакції з боку твердої пористої та рідинної порової фаз. Функції імпедансу для жорсткої полоси з непроникною для порової рідини підошвою на шаруватій пористопружній насиченій рідиною (ППНР) основі знаходяться з розв’язку динамічної контактної задачі методом ортогональних поліномів (при поліноміальних розкладаннях реакцій фаз з урахуванням особливостей на контакті) і оригінального програмного забезпечення по заданих геометричним і фізико-механічним параметрам фундаментів та моделі основи. На числових прикладах показано, як реакція (імпеданс) ППНР основи відрізняється від реакції пружного півпростору, а взаємодія між фундаментом з недренованою підошвою і водонасиченим ґрунтом неоднобічна внаслідок змінного (до знаку) тиску порової рідини у пружній пористій матриці під підошвою. Визначаються резонансні частоти для моделі одношарової основи з затисненою тильною гранню в залежності від висоти шару, ширини фундаменту і властивостей матеріалу двофазної основи.

Завантаження

Данные скачивания пока не доступны.

Посилання

Abelev, M. Iu. (1983). Construction of industrial and civil structures on weak water-saturated soil. Moscow: Stroiizdat.

Babeshko, V. A. Hlushkov, E. V., & Zinchenko, Zh. F. (1989). Dynamics of non-uniform linearly elastic media. Moscow: Nauka.

Gomilko, A., Savytskyi, O., & Trofymchuk, O. (2016). Superposition, Eigenfunctions and Orthogonal Polynomials Methods in Elasticity and Acoustic Boundary Value Problems. Kyiv: Naukova dumka. Retrieved from http://itgip.org/wp-content/uploads/2013/11/GST-2016+a5-19-01-2017end-titul.pdf

Construction in seismic regions of Ukraine: DBN В.1.1-12-2014. (2014).

Mishel, G., & Shulman, S. G. (1983). Oscillations of a stamp on the two-phase base. Proc. of the VNIIG, 166, 39–41.

Dorofeiev, V. S., Yehupov, K. V., Yehupov, V. K., Kendzera, O. V., Nemchynov, Yu. I., Semenova, Yu. V. et al. (2017). Features of definition of loadings and impacts on the high responsibility class objects. Science and Construction, 4 (14), 11-19.

Nemchynov, Iu. (Ed.). (2015). Design of seismic structures according to Eurocode 8. Practical guidance (Part 1). Kyiv: TOV «Ukrainian Publishing and Advertising Centre».

Savytskyi, O. A., Boyko, I. P. (Ed.). (2015). Dynamics of the foundation on a water-saturated soil layer. Bases and foundations: Inter-agency collection of scientific and technical papers, 37, 128–137.

Savytskyi, O. A. & Trofymchuk, O. M. (2016). The poroelastic liquid-saturated base response to the weightless foundation forced vibrations. Building constructions: Inter-agency collection of research papers (construction), 83(1), 305‑311.

Seimov, V. M., Trofimchuk, A. N., & Savitskii O. A. (1990). Vibrations and waves in layered media. Kyiv: Naukova dumka.

The bases of machines with dynamic loadings: SNiP 2.02.05-87. (1988).

Ilichev, V. A., & Mangushev, R. A. (Eds.). (2016). Geotechnics reference book. Bases, foundations and underground constructions. Moscow: ASV.

Taranov, V. H. (1999). Computational-experimental methods for the vibrations level determination and vibration strength evaluation for machinery foundations. (Doctor’s thesis). Dnipropetrovsk.

Trofimchuk, A. N. (1998). Numerical modelling of the poroelastic liquid-saturated medium dynamic behavior. Reports of the NAS of Ukraine, 11, 44–48.

Trofimchuk, A. N., Gomilko, A. M., & Savitskii, O. A. (2003). Dynamics of the poroelastic liquid-saturated media. Kyiv.: Naukova dumka.

Tiapin, A. G. (2011). The horizontally layered half-space as a foundation model: various approaches comparison. Earthquake engineering. Constructions safety, 1, 20-26.

Biot, M. A. (1956). Theory of propagation of elastic waves in fluid-saturated porous solid. I. Lower-frequency range. Journal of the Acoustical Society of America, 28 (2), 168–178.

Biot, M. A. (1956). Theory of propagation of elastic waves in fluid-saturated porous solid. II. Higher frequency range. Journal of the Acoustical Society of America, 28 (2), 179–191.

Cai, Y., & Sun, H. (2017). Solutions for Biot’s poroelastic theory in key engineering fields: Theory and applications. Elsevier. Doi: https://doi.org/1016/B978-0-12-812649-3.00001-0.

Cottereau, R., Clouteau, D., & Soize, C. (2008). Probabilistic impedance of foundation : impact of the seismic design on uncertain soils. Earthquake Engineeringand Structural Dynamics, 37, 899–918.

Dunn, P. W., Hiltunen, D. R. & Woods, D., Hamza, M. et al. (Eds.). (2009). In situ determination of dynamic impedance functions of shallow foundations. 17^th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. IOS Press. Doi: https://doi.org/10.3233/978-1-60750-031-5-2084.

Fardis, M. N., Carvalho, E. C., Fajfar, P. & Pecker, A. (2015). Seismic design of concrete buildings to Eurocode 8. Boca Raton, Florida: CRC Press LLC.

Gazetas, G. (1991). Formulas and charts for impedances of surface and embedded foundations. Journal of Geotechnical Engineering, 117 (9), 1363–1381. Doi: https://doi.org/1061/(ASCE)0733-9410(1991)117:9(1363).

Halpern, M. R., & Christiano, P. (1986). Steady-state harmonic response of a rigid plate bearing on a liquid-saturated poroelastic half-space. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 14 (3), 439–454. Doi: https://doi.org/1002/eqe.4290140310.

He, R. (2017). Dynamic vertical impedance of a submarine strip foundation in ocean engineering: Water wave pressure effect. Ocean Engineering, 139, 116–126. Doi: https://doi.org/1016/j.oceaneng.2017.04.028.

He, R., Wang, L.-Z., & Yu H.Y. (2012). Time harmonic point load and dynamic contact problem of contacting fluid and poroelastic half-spaces. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 36, 20–31. Doi: https://doi.org/1016/j.soildyn.2011.12.004.

Luco, J. E., & Wong, H. L. (1992) Identification of Soil Properties from Foundation Impedance Functions. Journal of Geotechnical Engineering, 118 (5), 780–796. Doi: https://doi.org/1061/(ASCE)0733-9410(1992)118:5(780).

Poplin, J. K. (1970). Effects of saturation on dynamic response of footings in sand (S-70-3). Vickburg, Mississippi: U. S. Army Engineer Experiment Station.

Senjuntichai, T., Mani, S., & Rajapakse, R. (2006). Vertical vibration of an embedded rigid foundation in a poroelastic soil. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 26 (6–7), 626–636. Doi: https://doi.org/1016/j.soildyn.2006.01.013.

Stoll, R. D., & Bryan, G. M. (1970). Wave attenuation in saturated sediments. Journal of the Acoustical Society of America, 47 (5), 2,1440–1447.

Tileylioglu, S., Stewart, J. P., & Nigbor R. L. (2011). Dynamic stiffness and damping of a shallow foundation from forced vibration of a field test structure. Journal of Geotechnicaland Geoenvironmental Engineering, 137, 344–353.

Trofymchuk, O. M., Gomilko, O. M., & Savitsky, O. A. (2002). Dynamic contact problems for poroelastic liquid-saturated half-space. The Second Biot Conference on Poromechanics II, Grenoble, France, 26-28 August 2002, 833–838.