Link za više informacija:
Ćosić M.: Analiza interakcije konstrukcija-tlo nelinearnom statičkom seizmičkom metodom, Geotehnički aspekti građevinarstva, III naučno-stručno savetovanje, Zlatibor, Srbija, 2009, str. 137-142.
Kada se razmatra interakcija temelja i tla, za seizmičko dejstvo, misli se, pre svega, na poznavanje ponašanja tla pod statičkim i dinamičkim opterećenjem i širok dijapazon promene parametara koji se odnose na seizmologiju, seizmičke geotehničke probleme, geologiju i primenjenu mehaniku tla i mehaniku uopšte. Teškoće analize temelja u seizmičkim područjima, u cilju dobijanja pouzdanih i istovremeno ekonomičnih rešenja, odnose se na definisanje: seizmičkog dejstva-opterećenja, dinamičkih karakteristika tla i stabilnosti temelja u seizmičkim uslovima. Postoje tri primarne kategorije efekata interakcije konstrukcija-tlo, definisane prema FEMA 440:
- uvođenje fleksibilnosti sistema temeljna konstrukcija-tlo (FFE),
- filtriranje zapisa kretanja tla u prenošenju do konstrukcije (KE),
- disipacija energije iz sistema konstrukcija-tlo radijacijom i histerezisnim prigušenjem tla (FDE).
Osnovni klasični model kod koga se ne uvodi interakcija konstrukcija-tlo, tretira temeljnu konstrukciju i tlo kao apsolutno kruto. Ovakav sistem je pobuđen kretanju slobodne površine tla sa konvencionalnim prigušenjem. Prema FEMA 440 propisima za nelinearne statičke seizmičke analize interakcija konstrukcija-tlo se modelira uvođenjem fleksibilnosi u sistem temeljna konstrukcija-tlo. Ovakav model interakcije se zove model sa fleksibilnom osnovom (FBM). Kod datog modela se uvodi uticaj konstrukcijskih komponenti temelja i geotehničkih komponenti temelja. Prva komponenta se uvodi modeliranjem fleksibilne konstrukcije temelja, dok se druga komponenta uvodi modeliranjem opruga sa pripadajućim komponentama krutosti koje zamenjuju uticaj tla. I kod ovog modela se koristi rezultujući zapis ubrzanja koji se dobija za površinu tla sa 5% prigušenja kao konvencionalna početna vrednost. Upoređujući sa modelom koji ima apsolutno krutu temeljnu konstrukciju, nastupa povećanje perioda vibracija konstrukcije, promena u raspodeli sila u poprečnim presecima i može se uzeti u obzir uticaj temeljne konstrukcije. Drugi model je kada se uzimaju u obzir efekti filtriranja koji se mogu javiti u interakciji konstrukcija-tlo, u zavisnosti od karaktera i intenziteta zemljotresa. U ovom slučaju kao zapis ubrzanja tla se uzima zapis na nivou temelja sa konvencionalnim prigušenjem. Naredni model uzima u obzir efekte prigušenja temeljne konstrukcije i sistema, a zapis se generiše uzimajući u obzir fleksibilnost temeljne konstrukcije. Prigušenje temeljene konstrukcije se dobija iz relativnog pomeranja temelja i tla, tako da se postiže efektivno smanjenje ordinate spektralne krive. U praktičnim analizama prigušenje temeljne konstrukcije se uvodi preko koeficijenta koji predstvalja odnos osnovnog perioda vibracija sistema na fleksibilnim temeljima, u odnosu na model na krutim temeljima. Ostali faktori koji utiču na prigušenje temelja su dimenzije temeljne konstrukcije i uticaj podžemnih etaža. Prigušenje temelja je kombinovano sa konvencionalnim inicijalnim prigušenjem konstrukcije, radi korekcije koeficijenta prigušenja celog sistema, uključujući konstrukciju, temelje i tlo. Zapis ubrzanja tla kojim je temeljna konstrukcija izložena razlikuje se od zapisa na slobodnoj površini, usled statističkog osrednjavanja različitih zapisa ubrzanja tla. Ovi efekti pripadaju grupi efekata kinematičke interakcije (KE) i značajni su za objekte sa relativno kratkim periodima vibracija, velikih dimenzija u osnovi i sa postojanjem dubljih podzemnih etaža. Indeks spektra odgovora koristi se za predstavljanje efekata kinematičke interakcije, preko odnosa ordinate spektra odgovora na nivou temelja i ordinate spektra ubrzanja slobodne površine tla. U određivanju indeksa spektra odgovora učestvuje uvođenje prisustva temeljne ploče i uticaj podzemnih etaža. Uvođenje prisustva temeljne ploče se koristi kod modela konstrukcija gde se eksplicitno ne modelira temeljna konstrukcija.
Na osnovu prethodno opisanih procedura sprovedene su nelinearne statičke seizmičke analize, a zatim su primenom metode modifikacije pomeranja određena ciljna pomeranja. Koncept interakcije konstrukcija-tlo je inkorporiran u analizi ciljnog pomeranja. Kao reprezentativan model razmatran je četvorobrodni osmospratni okvir. Za analizu okvira u uslovima seizmičkog dejstva koriste se gredni linijski konačni elementi, dok su nelinearni efekti uključeni primenom geometrijske i materijalne nelinearnosti. Za ovako formirane numeričke modele razvijene su krive kapaciteta (pushover krive) koje su reperezent ukupne lateralne horizontalne seizmičke sile, a u odnosu na njih su praćena ponašanja najvišeg čvora konstrukcije. Zatim su analizirana ciljna pomeranja za različite vrednosti parametara razdvajajući kinematičke efekte od prigušenja temelja, i na kraju objedinjujući ih. Ukupan broj sprovedenih analiza je 155. Uzimajući u obzir samo kinematičke efekte, razmatrane su promene parametara: eЄ(0, 3, 9, 15), nЄ(0.65, 0.7, 0.8, 0.9), tloЄ(A, B, C, D, E), dok uzimajući samo u obzir samo prigušenje temelja razmatrane su promene parametara: β0Є(0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3), tloЄ(A, B, C, D, E). Uzimajući u obzir i kinematičke efekte i prigušenje temelja, razmatrane su promene parametara: β0Є(0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3), tloЄ(A, B, C, D, E), za e=3m, PGA=0.3g, n=0.65.
Spektri ubrzanja (slika 1) u analizi sistema uvedeni si prema FEMA 273 sa normalizovanim ordinatama na 1. U odnosu na ove spektre generisani su spektri ubrzanja sa kinematičkim efektima i prigušenjm temelja. Uticaj koeficijenta e kojim se uvodi postojanje podzemnih etaža, može se sagledati upoređenjem dijagrama (slika 1a i 1b), za različite vrednosti e1=0 i e2=9m pri konstantama: tlo C: vs=600m/s2, PGA=0.3g, n=0.65, β0=0.1. Redukcija vrednosti u oblasti konstantnih brzina iznosi i do 50%.
Slika 1. Dijagrami elastičnog spektra odgovora, spektra odgovora korigovanog kinematičkim efektima i spektra odgovora korigovanog kinematičkim efektima i prigušenjem temelja za tlo C: vs=600m/s2, PGA=0.3g: n=0.65, β0=0.1: a) e=0, b) e=9m
Razmatrajući samo uticaj kinematičkih efekata za različite vrednosti parametra n i tipove tla, određivani su globalni driftovi (DR) konstrukcije (slika 2). Parametar globalni drift predstavlja odnos horizontalnog ciljnog pomeranja navišeg čvora objekta, dobijenog nelinearnom statičkom seizmičkom analizom i visine objekta (izraženo u procentima). Povećanjem koeficijenta e od e=0 do e=9m veličine globalnog drifta se minimalno redukuju, dok pri e=15m nastupa znatna redukcija globalnih driftova. U ovom intervalu najmanji globalni driftovi se dobijaju za tip tla A, dok se najveće vrednosti dobijaju za tip tla E, a što je i za očekivati jer prvi tip tla ima najveće vrednosti brzine smičućih talasa vs>1524m/s2. U slučaju većih vrednosti koeficijenta e≥15m zakon raspodele globalnih driftova u funkciji tipa tla se ne može jasno definisati. U ovom konkretnom slučaju najmanje vrednosti globalnih driftova dobijene su za tip tla D.
Slika 2. Promena globalnih driftova u funkciji različitih tipova tla za: a) e=0, b) e=3m, c) e=9m, d) e=15m
Uticaj prigušenja temelja razmatran je preko koeficijenta β0, a koji je variran u granicama mogućih vrednosti za armirano-betonski okvirni sistem (slika 3a). Sistemi kod kojih uslovno rečeno ne postoji prigušenje razvijaju globalne driftove koji su i nekoliko puta veći od sistema koji imaju samo 5%-tno prigušenje. Povećanjem prigušenja u sistemu redukuju se globalni driftovi i do 50%, u odnosu na 5%-tno prigušenje. U zavisnosti od tipa tla, može se konstatovati da nastupaju najveći globalni driftovi za tlo tipa E. Preliminarnim, a kasnije i detaljnom višeparametarskim istraživanjem je utvrđeno da je uticaj prigušenja temelja, u okviru razmatranih vrednosti, dominantan u odnosu na kinematičke efekte kod okvirnog sistema. Na kraju su razmatrani i zbirni uticaji: kinematički efekti i prigušenje temelja, za PGA=0.3g: n=0.65, e=3m u funkciji ukupnog prigušenja (slika 3b). Konstruisan je dijagram koji predstavlja zbirnu krivu mogućih stanja globalnih driftova jednog višespratnog okvira u funkciji tipa tla, spajanjem diskretnih vrednosti za različite nivoe prigušenja. Za tip tla A minimalna vrednost globalnog drifta iznosi 0.2%, dok za tip tla E maksimalna vrednost globalnog drifta iznosi do 1%. Ovako veliki dijapazon vrednost ukazuje na razlike u ponašanju konstrukcije fundirane na različitim tipovima tla, nezavisno od tipa konstruktivnog sistema.
Slika 3. Promena globalnih driftova u zavisnosti od: a) koeficijenta β0, b) P/W (ukupna seizmička sila/težina objekta) (PGA=0.3g: n=0.65, e=3m)
Link za više informacija:
Ćosić M.: Analiza interakcije konstrukcija-tlo nelinearnom statičkom seizmičkom metodom, Geotehnički aspekti građevinarstva, III naučno-stručno savetovanje, Zlatibor, Srbija, 2009, str. 137-142.