Καταστατικό προσομοίωμα για την στατική και δυναμική απόκριση εδάφους, εδάφους-πασσάλου και εδάφους-φρέατος

Abstract

Πολλά από τα μέχρι σήμερα δημοσιευμένα καταστατικά προσομοιώματα εδαφικής συμπεριφοράς αδυνατούν να περιγράψουν ρεαλιστικά την ανακυκλική συμπεριφορά του εδάφους σε μεγάλες παραμορφώσεις. Διότι: (ι) δεν είναι συμβιβαστά με τα πειραματικά δεδομένα G/Gmax-y και ξ-γ (υπερεκτιμούν εν γένει κατά πολύ την υστερητική απόσβεση στις μεγάλες παραμορφώσεις), και (ιι) δεν διαθέτουν ευελιξία και ικανότητα να περιγράψουν ικανοποιητικά τις διάφορες μορφές πειραματικών βρόχων υστερήσεως των ποικίλων εδαφικών υλικών σε μεγάλες παραμορφώσεις. Η παρούσα διατριβή αποσκοπεί: (α) στην ανάπτυξη ενός γενικευμένου μονοδιάστατου ανελαστικού καταστατικού προσομοιώματος μη-γραμμικής συμπεριφοράς αφενός του εδαφικού στοιχείου, και αφετέρου των γενικευμένων “Ελατηρίων” Αλληλεπιδράσεως συστημάτων εδάφους-κατασκευής, υπό στατική και ανακυκλική φόρτιση και (β) στην ευόδωση του προσομοιώματος μέσω αριθμητικών αλγορίθμων για την ανάλυση της κυματικής απόκρισης πολύστρωτου εδαφικού σχηματισμού και της εγκάρσιας στατικής και δυναμικής απόκρισης πασσάλου και φρέατος. Προς τούτο αναπτύσσεται το υστερητικό προσομοίωμα BWGG το οποίο αποτελεί επέκταση του προσομοιώματος Wen και το οποίο αποφεύγει τα ανωτέρω μειονεκτήματα. Το προσομοίωμα αυτό εισάγεται στην ανάπτυξη ενός νέου λογισμικού κώδικα, NL-DYAS, για την μονοδιάστατη ανάλυση της κυματικής απόκρισης πολύστρωτου εδαφικού σχηματισμού. Η ανάλυση ευοδούται με διακριτοποίηση πεπερασμένων διαφορών. Επιδεικνύεται η ευελιξία στην περιγραφή πολύπλοκων μη-γραμμικών χαρακτηριστικών της ανακυκλικής συμπεριφοράς, όπως η απομείωση της δυσκαμψίας συναρτήσει του γ, η πτώση της αντοχής συναρτήσει του αριθμού των κύκλων, η μη- συμμετρική συμπεριφορά ως προς την κατεύθυνση φορτίσεως, και η χαλάρωση λόγω αναπτύξεως υδατικών υπερπιέσεων. Η βαθμονόμηση των παραμέτρων του προσομοιώματος βασίζεται σε πειραματικά δεδομένα μονοτονικής και ανακυκλικής φορτίσεως, και σε εμπειρικές σχέσεις της βιβλιογραφίας. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων με τον κώδικα NL-DYAS συγκρίνονται με τα αντίστοιχα από υπάρχουσες ευρέως διαδεδομένες μεθόδους αναλύσεως (SHAKE, Cyber-Quake, DESRA). Από την σύγκριση αναδύονται τα προτερήματα του προτεινομένου προσομοιώματος. Δίδεται προσαρμογή του προσομοιώματος και σε άλλα υλικά όπως ο χάλυβας και το σκυρόδεμα. Για την μελέτη της αλληλεπίδρασης εδάφους—πασσάλου και εδάφους—φρέατος το καταστατικό προσομοίωμα BWGG επεκτείνεται ευθέως στην περιγραφή δυναμικών ανελαστικών (ιξωδοπλαστικών) ‘ελατηρίων’ τύπου Winkler. Τα εν-λόγω "Ελατήρια Αλληλεπιδράσεις BWGG" μπορούν να περιγράψουν φαινόμενα όπως η μη-γραμμική εδαφική αντίδραση σε στατική και ανακυκλική φόρτιση, η ενδεχόμενη αποκόλληση ή διολίσθηση στην διεπιφάνεια πασσάλου-εδάφους ή φρέατος-εδάφους, η απόσβεση ακτινοβολίας της θεμελίωσης, και η ανελαστική συμπεριφορά του δομητικού στοιχείου (π.χ., του πασσάλου). Για την βαθμονόμηση των παραμέτρων του προτεινομένου προσομοιώματος για φρέατα και πασσάλους αναπτύσσεται μεθοδολογία βασιζόμενη εναλλακτικώς: σε αποτελέσματα αριθμητικών αναλύσεων (με πεπερασμένα στοιχεία), σε αναλυτικά αποτελέσματα της θεωρίας πλαστικότητας, σε εμπειρικές καμπύλες p-y, σε αποτελέσματα πειραμάτων μονοτονικής και δυναμικής φόρτισης πασσάλων/φρεάτων σε φυσική κλίμακα, και σε δεδομένα δοκιμών ανακυκλικής φόρτισης στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος. Η ανάγκη για ένα τέτοιο προσομοίωμα αναδεικνύεται από την αδυναμία διαθεσίμων state-of-the-art αριθμητικών μεθόδων και καταστατικών προσομοιωμάτων, να περιγράψουν ρεαλιστικά και χωρίς υπερβολικόν υπολογιστικό κόπο βασικά χαρακτηριστικά της δυναμικής απόκρισης των φρεάτων και των πασσάλων. Το Ελατηριωτό Προσομοίωμα BWGG εφαρμόζεται με επιτυχία στην ‘πρόβλεψη’ αποτελεσμάτων πειραμάτων φυσικής κλίμακας για φρέατα και πασσάλους, αλλά και στην διερεύνηση της αλληλεπίδρασης πασσάλου-εδάφους με θεώρηση της ταυτόχρονης ανελαστικής συμπεριφοράς του εδάφους και του πασσάλου. Η πλήρης βαθμονόμηση και πειραματική επαλήθευση του γενικευμένου προσομοιώματος BWGG και των αλγορίθμων για την κυματική απόκριση πολύστρωτου εδαφικού σχηματισμού και την εγκάρσια απόκριση πασσάλου και φρέατος δεν αποτελούν στόχο της παρούσης διατριβής.