Saturday, 10 June , 2023
امروز : شنبه, ۲۰ خرداد , ۱۴۰۲
شناسه خبر : 20689
  پرینتخانه » مقالات خارجی شهرسازی تاریخ انتشار : 26 می 2023 - 4:30 | 17 بازدید | ارسال توسط :

پایان نامه ساختمانها، جلد. ۱۳، صفحات ۱۳۷۸: تحلیل دینامیکی یک شمع اختلاط عمیق سیمان با هسته بتن تحت بارهای دینامیکی افقی

ساختمانها، جلد. ۱۳، صفحات ۱۳۷۸: تحلیل دینامیکی یک شمع اختلاط عمیق سیمان با هسته بتن تحت بارهای دینامیکی افقی | ۲۰۲۳-۰۵-۲۶ ۰۴:۳۰:۰۰ دسترسی آزادمقاله تحلیل دینامیکی شمع اختلاط سیمان عمیق با هسته بتن تحت بارهای دینامیکی افقی توسط باند سو ۱، هونگبو لیو ۲، گولیانگ دای ۲،*، شینشنگ چن ۲ و یاگوانگ دنگ ۳ ۱ […]

 ساختمانها، جلد.  13، صفحات 1378: تحلیل دینامیکی یک شمع اختلاط عمیق سیمان با هسته بتن تحت بارهای دینامیکی افقی

ساختمانها، جلد. ۱۳، صفحات ۱۳۷۸: تحلیل دینامیکی یک شمع اختلاط عمیق سیمان با هسته بتن تحت بارهای دینامیکی افقی
| ۲۰۲۳-۰۵-۲۶ ۰۴:۳۰:۰۰

مقاله

تحلیل دینامیکی شمع اختلاط سیمان عمیق با هسته بتن تحت بارهای دینامیکی افقی

۱
شرکت توسعه و ساخت راه آهن نانتونگ یانگلو، با مسئولیت محدود، نانتونگ ۲۲۶۶۰۱، چین
۲
دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه جنوب شرقی، نانجینگ ۲۱۱۱۸۹، چین
۳
Jiangsu Hengtang Construction Technology Co., Ltd., Nantong 226400, China
*
نویسنده ای که مسئول است باید ذکر شود.
ساختمان ها ۲۰۲۳، ۱۳(۶)، ۱۳۷۸; https://doi.org/10.3390/buildings13061378 (ثبت DOI)
دریافت: ۳۰ آوریل ۲۰۲۳
/
تجدید نظر: ۲۳ مه ۲۰۲۳
/
پذیرش: ۲۴ مه ۲۰۲۳
/
تاریخ انتشار: ۲۶ مه ۲۰۲۳

(این مقاله متعلق به موضوع است پیشرفت در مهندسی سازه، جلد دوم)

خلاصه

:

شمع اختلاط عمیق سیمان با هسته بتن (DCM) یک نوع جدید از پی شمع است و تجزیه و تحلیل پاسخ دینامیکی جانبی آن اهمیت عملی زیادی دارد. بر اساس تئوری دینامیک الاستیک، این مطالعه پاسخ دینامیکی جانبی یک شمع DCM با هسته بتن را در خاک ویسکوالاستیک تک فاز با استفاده از کسر نظری و تحلیل پارامتری بررسی کرد. با توجه به ساختار ویژه شمع DCM هسته بتنی، ابتدا معادله ارتعاش جانبی شمع DCM با هسته بتنی با تعادل مکانیکی برقرار می شود و سپس با استفاده از معادلات حاکم موجود تک شمع، رفتار دینامیکی خاک اطراف شمع تشریح می شود. خاک های فاز پس از آن، راه‌حل‌های امپدانس‌های دینامیکی در بالای شمع پس از یک سری مشتقات نظری دقیق استنتاج می‌شوند. در نهایت، تأثیر پارامترهای شمع و خاک بر امپدانس‌های دینامیکی در بالای شمع با استفاده از مثال‌های محاسباتی و تحلیل پارامتر مورد مطالعه قرار می‌گیرد. نتایج نشان می‌دهد که شعاع شمع DCM با هسته بتن به وضوح بر امپدانس‌های دینامیکی در بالای شمع تأثیر می‌گذارد. افزایش مدول الاستیک شمع DCM با هسته بتنی برای افزایش امپدانس های دینامیکی در بالای شمع مفید است. بهبود چگالی خاک باعث افزایش ضرایب سختی امپدانس های دینامیکی در بالای شمع می شود اما عوامل میرایی آنها را کاهش می دهد.

۱٫ معرفی

در سال‌های اخیر، نوع جدیدی از فونداسیون شمع ظهور کرده و به طور گسترده در کاربردهای مهندسی مورد استفاده قرار گرفته است، یعنی شمع‌های اختلاط عمیق سیمانی با هسته بتن (DCM). شمع DCM با هسته بتنی نوعی شمع مرکب است که ترکیبی از شمع DCM (شمع انعطاف پذیر) و شمع با هسته بتنی (شمع صلب) است و به این ترتیب شمع های داخلی و خارجی آن اثرات مکمل و تقویت کننده بر یکدیگر دارند. با توجه به وضعیت باربری عالی شمع DCM با هسته بتنی، انجام تحقیقات نظری منطقی و عمیق برای آشکار کردن بیشتر خصوصیات فیزیکی و مکانیکی آن برای طراحی مهندسی آن بسیار مهم است.
با بررسی آثار مرتبط، می‌توان دریافت که بیشتر تحقیقات روی شمع‌های DCM با هسته بتن در حال حاضر بر رفتارهای مکانیکی استاتیک آنها متمرکز است. برگادو و همکاران [۱] پاسخ استاتیکی شمع DCM با هسته بتنی و شمع DCM را با بررسی تجربی و شبیه‌سازی عددی مقایسه کرد و نشان داد که نشست و جابجایی جانبی شمع DCM با هسته بتنی به طور قابل‌توجهی کمتر از شمع DCM بود. Voottipruex و همکاران [۲,۳] ظرفیت بار جانبی نهایی شمع DCM با هسته بتنی را با انجام آزمایش‌های بار شمع و بار خاکی در مقیاس کامل و شبیه‌سازی المان محدود سه بعدی مورد مطالعه قرار داد. اگرچه برگادو و همکاران. [۱] و Voottipruex و همکاران. [۲,۳] نتایج تجربی و عددی خوبی ارائه کرد، تحقیقات نظری بیشتری هنوز مورد نیاز است. از این رو، بسیاری از محققان تحلیل های نظری را بر روی شمع های DCM با هسته بتنی از دیدگاه های مختلف انجام داده اند. وانگ و همکاران [۴,۵] یک روش تحلیلی برای مطالعه پاسخ‌های عمودی و جانبی شمع DCM با هسته بتنی با استفاده از روش‌های عددی و نظری پیشنهاد کرد. این روش تحلیلی یک مبنای نظری برای محاسبات استاتیکی عمودی و جانبی شمع‌های DCM با هسته بتنی فراهم کرد. یو و همکاران [۶] رفتار نشست پی های مرکب با شمع های DCM با هسته بتنی را در زیر پی های صلب با استنتاج نظری بررسی کرد. ژانگ و همکاران [۷] یک راه حل تحلیلی برای تثبیت زمین کامپوزیت تقویت شده توسط شمع DCM با هسته بتنی بر اساس یک فرض کرنش برابر اصلاح شده پیشنهاد کرد. هان و همکاران [۸] چندین آزمایش مدل را برای مطالعه ظرفیت باربری عمودی شمع‌های DCM با هسته بتنی با محتویات سیمان مختلف انجام داد و دو حالت شکست شمع‌های DCM مغزه‌دار بتنی را مشاهده کرد. اگرچه روش‌های محاسباتی فوق، مبنای نظری را برای تحلیل‌های استاتیکی مختلف شمع‌های DCM با هسته بتن فراهم می‌کنند، اما هنوز برای تحلیل دینامیکی پیچیده آن‌ها قابل استفاده نیستند. از سوی دیگر، برای رفتارهای لرزه ای شمع های DCM با هسته بتنی، شاید وانگ و همکارانش. [۹] و ژانگ و همکاران [۱۰] اولین کسانی بودند که پاسخ‌های لرزه‌ای شمع‌های DCM با هسته بتنی را با استفاده از آزمون‌های جدول لرزان و شبیه‌سازی‌های عددی مطالعه کردند. با این حال، هنوز هیچ گزارشی در مورد روش‌های محاسبه دینامیکی شمع‌های DCM با هسته بتن وجود ندارد.
به طور کلی، تحقیقات فعلی در مورد ویژگی‌های مکانیکی شمع‌های DCM با هسته بتنی در تحقیقات استاتیک نسبتاً کامل است، در حالی که تحلیل دینامیکی هنوز به کاوش عمیق‌تر نیاز دارد. علاوه بر این، به دلیل بارهای دینامیکی افقی مانند بارهای قطار و باد، ایجاد یک رویکرد تحلیل موثر برای پاسخ دینامیکی جانبی شمع‌های DCM با هسته بتن برای طراحی مهندسی مربوطه اهمیت زیادی دارد. روش های تحلیلی برای دینامیک شمع در حال حاضر نسبتا کامل است. از منظر مدل‌های اندرکنش شمع-خاک، مدل‌های تعامل دینامیک شمع-خاک عمدتاً شامل سه نوع هستند: مدل وینکلر. [۱۱,۱۲,۱۳,۱۴,۱۵,۱۶,۱۷,۱۸]، مدل کرنش هواپیما [۱۹,۲۰,۲۱]و مدل متوسط ​​پیوسته [۲۲,۲۳,۲۴]. مدل متوسط ​​پیوسته به دلیل فرآیند تحلیلی دقیق، نتایج محاسباتی با دقت بالا را به دست آورد. بر اساس مدل محیط پیوسته، مطالعه فعلی بر روی پاسخ دینامیکی جانبی تک شمع‌ها بسیار فراوان بوده است. [۲۵,۲۶,۲۷,۲۸,۲۹,۳۰,۳۱,۳۲]، پایه ای قوی برای انجام تحقیقات در مورد پاسخ دینامیکی جانبی شمع های DCM با هسته بتنی فراهم می کند.
با توجه به موارد فوق، کار حاضر یک شمع DCM با هسته بتنی را متشکل از یک شمع DCM و یک شمع با هسته بتنی در نظر می‌گیرد و خاک اطراف شمع DCM با هسته بتنی را به عنوان یک محیط ویسکوالاستیک تک فاز در نظر می‌گیرد. علاوه بر این، یک مدل تحلیلی برای بررسی رفتار دینامیکی جانبی شمع DCM با هسته بتن تعبیه شده در یک زمین ویسکوالاستیک تک فاز که تحت بارهای دینامیکی افقی در سر شمع قرار دارد، پیشنهاد شده‌است. در مدل تحلیلی، معادلات حرکت موجود برای توصیف رفتار دینامیکی خاک در اطراف شمع DCM با هسته بتنی و تئوری تیر تیموشنکو برای توصیف رفتار دینامیکی جانبی شمع DCM و شمع هسته‌دار بتنی استفاده می‌شود. . متعاقباً، راه حل شکل سری بسته سیستم شمع-خاک DCM با هسته بتن به صورت تئوری استنباط می شود. در نهایت، اثرات پارامترهای فیزیکی در سیستم شمع-خاک DCM با هسته بتنی بر پاسخ دینامیکی جانبی شمع DCM با هسته بتنی با استفاده از مثال‌های محاسباتی و تحلیل پارامتریک ارزیابی می‌شود که می‌تواند منابعی برای طراحی مهندسی مرتبط ارائه کند.

۲٫ مدل فیزیکی و معادلات پایه

۲٫۱٫ مدل فیزیکی سیستم شمع-خاک

طرح تعامل سیستم شمع-خاک DCM با هسته بتن در به تصویر کشیده شده است شکل ۱. شمع DCM با هسته بتنی از یک شمع داخلی بتنی و یک شمع خارجی سیمان-خاک تشکیل شده است. شمع داخلی بتن شمع جامد بتن با مقاومت بالا و شمع بیرونی سیمان-خاک شمع اختلاط عمیق سیمان است. سطح مشترک بین شمع داخلی بتن و شمع خارجی سیمان-خاک چسبندگی بسیار بالایی دارد و بنابراین شمع های داخلی و خارجی در شرایط مواجهه با تغییر شکل کوچک، نابجایی و جداشدگی را در سطح مشترک نشان نمی دهند. خاک اطراف شمع خاک ویسکوالاستیک تک فاز است. اچ طول شمع DCM با هسته بتنی است. اف۰(تی) و م۰(تی) به ترتیب نیروی جانبی و گشتاوری هستند که بر روی شمع شمع DCM با هسته بتن وارد می شوند. rج و rمتر به ترتیب شعاع شمع داخلی بتنی و شمع خارجی سیمان-خاک هستند.

۲٫۲٫ معادلات اساسی سیستم شمع-خاک

تجزیه و تحلیل نیرو بر روی عنصر شمع DCM با هسته بتنی با ارتفاع واحد d انجام می شودz در عمق z، همانطور که در نشان داده شده است شکل ۲. شکل ۲a عنصر نماینده شمع خارجی سیمان-خاک را نشان می دهد، جایی که افمتر و ممتر نیروی برشی و لنگر خمشی را که به ترتیب در هر دو انتهای عنصر معرف عمل می کند، نشان می دهد. wمتر و منمتر به ترتیب جابجایی جانبی و زاویه چرخش شمع خارجی سیمان-خاک هستند. rمتر و آمتر به ترتیب چگالی و سطح مقطع شمع خارجی سیمان-خاک هستند. و fس و fمتر مقاومت های جانبی ایجاد شده توسط خاک تشکیل شده در اطراف شمع و شمع داخلی بتن به ترتیب می باشد. شکل ۲b عنصر نماینده شمع داخلی بتنی را نشان می دهد که در آن افج و مج نیروی برشی و لنگر خمشی که به ترتیب در هر دو سر عنصر معرف اعمال می شود. rج و آج به ترتیب چگالی و سطح مقطع شمع داخلی بتنی است. و wج و منج به ترتیب جابجایی جانبی و زاویه چرخش شمع داخلی بتنی است. اوه = ۲πf نشان دهنده فرکانس دایره ای با f به عنوان فرکانس
اعمال تعادل لنگر در نقطه میانی مرزی بالایی عنصر سیمان-خاک خارجی شمع راندمان می کند.

اف متر د z + م متر z د z + ۱ ۲ f متر + f س د z ۲ = r متر من متر اوه ۲ من متر د z
حذف عبارت دیفرانسیل مرتبه دوم در رابطه (۱) به دست می آید

اف متر + م متر z + r متر من متر اوه ۲ من متر = ۰
با اعمال اصل D’Alembert در جهت افقی عنصر سیمان-خاک خارجی، فرمول زیر را می توان بدست آورد:

اف متر z f متر f س = r متر آ متر اوه ۲ w متر
به همین ترتیب، معادلات تعادل عناصر شمع داخلی بتنی به صورت بیان شده است

اف ج + م ج z + r ج من ج اوه ۲ من ج = ۰
اف ج z + f متر = r ج آ ج اوه ۲ w ج
بر اساس تئوری تیر تیموشنکو، روابط بین لنگر خمشی (نیروی برشی) و جابجایی جانبی (زاویه چرخش) شمع داخلی بتنی و شمع بیرونی سیمان-خاک است.

م متر = E متر من متر من متر z ، اف متر = آ متر جی متر ک متر w متر z من متر م ج = E ج من ج من ج z ، اف ج = آ ج جی ج ک ج w ج z من ج

با ک متر = ۶ ۱ + n متر

۱ + r c / r m ۲ ۲ ۷ + ۶ ν m ۱ + r c / r m ۲ ۲ + ۲۰ + ۱۲ ν m r c / r m ۲ , and K c = ۶ ۱ + ν c ۷ + ۶ ν m , where Ec and Em are the elastic modulus of the concrete inner pile and cement–soil outer pile, respectively; Ic and Im are the moment of inertia of the cross-section of the concrete inner pile and cement–soil outer pile, respectively; Gc and Gm are the shear modulus of the concrete inner pile and cement–soil outer pile, respectively; νc and νm are the Poisson’s ratio of the concrete inner pile and cement–soil outer pile, respectively; and Kc and Km the shear correction factor of the concrete inner pile and cement–soil outer pile, respectively.

Since the hypothesis of small deformation is considered in this work, and a high adhesion exists at the interface between the concrete inner pile and the cement–soil outer pile, the lateral displacement and rotation angle of the concrete inner pile and cement–soil outer pile can be uniformly expressed as

w p = w m = w c θ p = θ m = θ c
Combining Equations (2)–(۵) and considering Equations (6) and (7) generate

A m G m K m + A c G c K c w p z θ p + E m I m + E c I c ۲ θ p z ۲ + ρ m I m + ρ c I c ω ۲ θ p = ۰
A m G m K m + A c G c K c ۲ w p z ۲ θ p z + ρ m A m + ρ c A c ω ۲ w p f s = ۰
Combining Equations (8) and (9) yields

۴ w p z ۴ + H ۱ ۲ w p z ۲ + H ۲ w p = H ۴ ۲ z ۲ + H ۳ f s
۴ θ p z ۴ + H ۱ ۲ θ p z ۲ + H ۲ θ p = H ۵ f s z

with

H ۱ = ρ m A m + ρ c A c ω ۲ A m G m K m + A c G c K c + ρ m I m + ρ c I c ω ۲ E m I m + E c I c ,
H ۲ = ρ m I m + ρ c I c ρ m A m + ρ c A c ω ۴ A m G m K m + A c G c K c E m I m + E c I c ρ m A m + ρ c A c ω ۲ E m I m + E c I c ,
H ۳ = ρ m I m + ρ c I c ω ۲ A m G m K m + A c G c K c A m G m K m + A c G c K c E m I m + E c I c ,   H ۴ = ۱ A m G m K m + A c G c K c ,   H ۵ = ۱ E m I m + E c I c
According to the elastic dynamic theory, the governing equations of motion for the soil around the concrete-cored DCM pile can be expressed as

μ ۲ ۱ r ۲ u r + λ + μ ε s r μ ۲ r ۲ u θ θ + μ ۲ u r z ۲ = ρ s ω ۲ u r
μ ۲ ۱ r ۲ u θ + λ + μ ε s r θ + μ ۲ r ۲ u r θ + μ ۲ u θ z ۲ = ρ s ω ۲ u θ

where λ = λs(1 + 2iβs) and μ = μs(1 + 2iβs) denote the complex moduli of soil, with λs and μs as the Lamé constant of soil, and βs as the damping ratio of soil. ur, uθ, and uz denote the radial, circumferential, and vertical displacement of soil, respectively. ρs denotes the mass density of soil. ∇۲ is the Laplace operator. εs is the volume strain of soil and can be expressed as

ε s = u r r + u r r + ۱ r u θ θ

۲٫۳٫ Boundary Conditions of the Pile–Soil System

The ground surface satisfies the free boundary condition, and thus

u r z z = ۰ = u θ z z = ۰ = ۰
The bottom of the soil around the concrete-cored DCM pile is the fixed boundary, and thus

u r z = H = u θ z = H = ۰
The radial and circumferential displacements of the soil around the concrete-cored DCM pile at the infinity are

u r r = u θ r = ۰
The pile end of the concrete-cored DCM pile is assumed as the fixed boundary, that is,

w p z = H = ۰ ,   θ p z = H = ۰
It is assumed that the concrete-cored DCM pile and soil are in complete contact at their interface, and thus the interface meets as follows:

u r r = r m = w p cos θ ,   u θ r = r m = w p sin θ

۳٫ Solutions of the Pile–Soil System

۳٫۱٫ Solution for the Surrounding Soil

According to the Helmholtz decomposition theorem, the radial and circumferential displacements of soil can be represented by potential functions, i.e.,

u r = φ s r + ۱ r ψ s θ u θ = ۱ r φ s θ ψ s r

where φs and ψs represent the scalar and vector potentials of soil displacement, respectively.

Substituting Equations (14) and (20) into Equations (12) and (13), it can be inferred that

λ + ۲ μ ۲ + ρ s ω ۲ + μ ۲ z ۲ φ s = ۰
μ ۲ + ρ s ω ۲ + μ ۲ z ۲ ψ s = ۰
The scalar potential φs and vector potential ψs of soil displacement can be expressed as

φ s = φ s * r , θ Z z ψ s = ψ s * r , θ Z z
Let

۱ Z z ۲ Z z z ۲ = g ۲
According to the boundary conditions in Equations (15) and (16), the general solution of Z(z) can be obtained from Equation (24) as

Z z = F cosh g z

where F is the undetermined coefficient and g n = ۲ n ۱ π i / ۲ H with n = ۱ , ۲ , ۳ .

Therefore, Equations (21) and (22) can be further represented as

λ + ۲ μ ۲ + ρ s ω ۲ + μ g n ۲ φ s = ۰
μ ۲ + ρ s ω ۲ + μ g n ۲ ψ s = ۰
By using the method of variable separation, the general solution of φs and ψs can be obtained by Equations (26) and (27), i.e.,

φ s = B ۱ K m β ۱ r + C ۱ I m β ۱ r D ۱ sin m θ + E ۱ cos m θ cosh g n z
ψ s = B ۲ K m β ۲ r + C ۲ I m β ۲ r D ۲ sin m θ + E ۲ cos m θ cosh g n z

where B1, B2, C1, C2, D1, D2, F1, and F2 are undetermined coefficients. Im(·) and Km(·) represent the first and second modified m-order Bessel functions, respectively, with m as the natural number. β ۱ ۲ = ρ s ω ۲ μ g n ۲ / λ + ۲ μ and β ۲ ۲ = ρ s ω ۲ μ g n ۲ / μ .

The parity of the radial and circumferential displacement for the soil leads to D1 = E2 = 0, the boundary conditions in Equations (15)–(۱۷) result in C1 = C2 = 0, and the boundary condition in Equation (19) generates m = 1. Therefore, the general solution of φs and ψs is further expressed as

φ s = B ۱ K ۱ β ۱ r cos θ cosh g n z
ψ s = B ۲ K ۱ β ۲ r sin θ cosh g n z
By substituting Equations (30) and (31) into Equation (20), we can obtain

u r = ۱ ۲ n = ۱ B ۲ n β ۲ n K ۲ β ۲ n r K ۰ β ۲ n r B ۱ n β ۱ n K ۲ β ۱ n r + K ۰ β ۱ n r cosh g n z cos θ
u θ = ۱ ۲ n = ۱ B ۲ n β ۲ n K ۲ β ۲ n r + K ۰ β ۲ n r B ۱ n β ۱ n K ۲ β ۱ n r K ۰ β ۱ n r cosh g n z sin θ
Based on the boundary condition in Equation (19), the derivation leads to

B ۲ n = β ۱ n K ۲ β ۱ n r m β ۲ n K ۲ β ۲ n r m B ۱ n
In summary, the radial and circumferential displacement of the soil around the concrete-cored DCM pile can be expressed as a closed-series form as follows:

u r = n = ۱ ξ ۱ n B ۱ n cosh g n z cos θ
u θ = n = ۱ ξ ۲ n B ۱ n cosh g n z sin θ

with

ξ ۱ n = χ n β ۲ n K ۲ β ۲ n r K ۰ β ۲ n r ۲ β ۱ n K ۲ β ۱ n r + K ۰ β ۱ n r ۲ ,
ξ ۲ n = χ n β ۲ n K ۲ β ۲ n r + K ۰ β ۲ n r ۲ β ۱ n K ۲ β ۱ n r K ۰ β ۱ n r ۲ ,   χ n = β ۱ n K ۲ β ۱ n r m β ۲ n K ۲ β ۲ n r m .
The normal and shear stresses of the soil around the concrete-cored DCM pile can be expressed as

σ r r = λ ε s + ۲ μ u r r = n = ۱ ς ۱ n B ۱ n cosh g n z cos θ
σ r θ = μ ۱ r u r θ + u θ r u θ r = n = ۱ ς ۲ n B ۱ n cosh g n z sin θ

with

ς ۱ n = λ + ۳ μ ۲ β ۱ n ۲ K ۱ β ۱ n r + μ ۲ β ۱ n ۲ K ۳ β ۱ n r + χ n β ۲ n ۲ K ۱ β ۲ n r K ۳ β ۲ n r
ς ۲ n = μ ۲ β ۱ n ۲ K ۳ β ۱ n r K ۱ β ۱ n r χ n β ۲ n ۲ K ۳ β ۲ n r + K ۱ β ۲ n r
Subsequently, the dynamic resistance of the soil to the lateral movement of the concrete-cored DCM pile can be expressed as

f s = r m ۰ ۲ π σ r r cos θ σ r θ sin θ r = r m d θ = n = ۱ ξ ۳ n B ۱ n cosh g n z

with ξ ۳ n = π r m λ + ۲ μ β ۱ n ۲ K ۱ β ۱ n r m + μ χ n β ۲ n ۲ K ۱ β ۲ n r m .

۳٫۲٫ Solution for the Concrete-Cored DCM Pile

Substituting Equation (41) into Equations (10) and (11), it can be inferred that

۴ w p z ۴ + H ۱ ۲ w p z ۲ + H ۲ w p = n = ۱ H ۳ + H ۴ g n ۲ ξ ۳ n B ۱ n cosh g n z
۴ θ p z ۴ + H ۱ ۲ θ p z ۲ + H ۲ θ p = n = ۱ H ۵ g n ξ ۳ n B ۱ n sinh g n z
The solution of Equation (42) can be expressed as

w p = J ۱ sin η ۱ z + J ۲ cos η ۱ z + J ۳ sinh η ۲ z + J ۴ cosh η ۲ z + n = ۱ ζ ۱ n B ۱ n cosh g n z

with

η ۱ = ۱ ۲ H ۱ ۲ ۴ H ۲ + H ۱ ,   η ۲ = ۱ ۲ H ۱ ۲ ۴ H ۲ H ۱ ,   and   ζ ۱ n = H ۳ + H ۴ g n ۲ ξ ۳ n g n ۴ + H ۱ g n ۲ + H ۲ .
According to the first formula in Equation (19), u r r = r m = w p cos θ , we obtain

n = ۱ ξ ۱ n r = r m B ۱ n cosh g n z = J ۱ sin η ۱ z + J ۲ cos η ۱ z + J ۳ sinh η ۲ z + J ۴ cosh η ۲ z + n = ۱ ζ ۱ n B ۱ n cosh g n z
The hyperbolic cosine function has the following orthogonal properties:

۰ H cosh g m z cosh g n z d z = H ۲ ,   m = n ۰ H cosh g m z cosh g n z d z = ۰ ,   m n
Multiplying both ends of Equation (45) by cosh(gnz) and integrating within the interval (0, H), combined with the orthogonal properties of the hyperbolic cosine function in Equation (46), it can be derived that

B ۱ n = ۲ J ۱ K ۱ + J ۲ K ۲ + J ۳ K ۳ + J ۴ K ۴ H ξ ۱ n r = r m ζ ۱ n

with

K ۱ = ۰ H sin η ۱ z cosh g n z d z ,   K ۲ = ۰ H cos η ۱ z cosh g n z d z ,
K ۳ = ۰ H sinh η ۲ z cosh g n z d z ,   and   K ۴ = ۰ H cosh η ۲ z cosh g n z d z .
Substituting Equation (47) into Equation (44) obtains the lateral displacement wp of the concrete-cored DCM pile as

w p = J ۱ sin η ۱ z + n = ۱ K ۱ Φ ۱ n cosh g n z + J ۲ cos η ۱ z + n = ۱ K ۲ Φ ۱ n cosh g n z + J ۳ sinh η ۲ z + n = ۱ K ۳ Φ ۱ n cosh g n z + J ۴ cosh η ۲ z + n = ۱ K ۴ Φ ۱ n cosh g n z

with Φ ۱ n = ۲ ζ ۱ n / H ξ ۱ n r = r m ζ ۱ n .

Similarly, the rotation angle θp of the concrete-cored DCM pile can be obtained from Equation (43) as

θ p = J ۵ sin η ۱ z + J ۶ cos η ۱ z + J ۷ sinh η ۲ z + J ۸ cosh η ۲ z + n = ۱ ζ ۲ n B ۱ n sinh g n z

with ζ ۲ n = H ۵ g n ξ ۳ n / g n ۴ + H ۱ g n ۲ + H ۲ .

Substituting Equations (48) and (49) into Equation (9), it can be inferred that

J ۵ = ρ m A m + ρ c A c ω ۲ A m G m K m + A c G c K c η ۱ η ۱ J ۲ ,   J ۶ = η ۱ ρ m A m + ρ c A c ω ۲ A m G m K m + A c G c K c η ۱ J ۱ J ۷ = η ۲ + ρ m A m + ρ c A c ω ۲ A m G m K m + A c G c K c η ۲ J ۴ ,   J ۸ = η ۲ + ρ m A m + ρ c A c ω ۲ A m G m K m + A c G c K c η ۲ J ۳
Substituting Equations (47) and (50) into Equation (49), it can be inferred that

θ p = J ۱ n ۱ cos η ۱ z + n = ۱ K ۱ Φ ۲ n sinh g n z + J ۲ n ۲ sin η ۱ z + n = ۱ K ۲ Φ ۲ n sinh g n z + J ۳ n ۳ cosh η ۲ z + n = ۱ K ۳ Φ ۲ n sinh g n z + J ۴ n ۴ sinh η ۲ z + n = ۱ K ۴ Φ ۲ n sinh g n z

with

Φ ۲ n = ۲ ζ ۲ n H ξ ۱ n r = r m ζ ۱ n ,   n ۱ = n ۲ = η ۱ ρ m A m + ρ c A c ω ۲ A m G m K m + A c G c K c η ۱ ,   and
n ۳ = n ۴ = η ۲ + ρ m A m + ρ c A c ω ۲ A m G m K m + A c G c K c η ۲
According to the relationship between the bending moment Mp and shear force Fp of the concrete-cored DCM pile and its lateral displacement wp and rotation angle θp, it can be obtained that

M p E I = θ p z = J ۱ n ۱ η ۱ sin η ۱ z + n = ۱ K ۱ g n Φ ۲ n cosh g n z + J ۲ n ۲ η ۱ cos η ۱ z + n = ۱ K ۲ g n Φ ۲ n cosh g n z + J ۳ n ۳ η ۲ sinh η ۲ z + n = ۱ K ۳ g n Φ ۲ n cosh g n z + J ۴ n ۴ η ۲ cosh η ۲ z + n = ۱ K ۴ g n Φ ۲ n cosh g n z
F p A G K = w p z θ p = J ۱ η ۱ n ۱ cos η ۱ z + n = ۱ K ۱ g n Φ ۱ n Φ ۲ n sinh g n z + J ۲ η ۱ n ۲ sin η ۱ z + n = ۱ K ۲ g n Φ ۱ n Φ ۲ n sinh g n z + J ۳ η ۲ n ۳ cosh η ۲ z + n = ۱ K ۳ g n Φ ۱ n Φ ۲ n sinh g n z + J ۴ η ۲ n ۴ sinh η ۲ z + n = ۱ K ۴ g n Φ ۱ n Φ ۲ n sinh g n z

with EI = EmIm + EcIc and AGK = AmGmKm + AcGcKc.

Let the lateral displacement, rotation angle, bending moment, and shear force at the pile head of the concrete-cored DCM pile be w0, θ۰, M0, and F0, respectively, i.e., z = 0 in Equations (48) and (51)–(۵۳), and then we can obtain

n = ۱ K ۱ Φ ۱ n ۱ + n = ۱ K ۲ Φ ۱ n n = ۱ K ۳ Φ ۱ n ۱ + n = ۱ K ۴ Φ ۱ n n ۱ ۰ n ۳ ۰ n = ۱ K ۱ g n Φ ۲ n n ۲ η ۱ + n = ۱ K ۲ g n Φ ۲ n n = ۱ K ۳ g n Φ ۲ n n ۴ η ۲ + n = ۱ K ۴ g n Φ ۲ n η ۱ n ۱ ۰ η ۲ n ۳ ۰ J ۱ J ۲ J ۳ J ۴ = w ۰ θ ۰ M ۰ E I F ۰ A G K
It can be solved from Equation (54) that

J ۱ = s ۱ θ ۰ + s ۲ F ۰ J ۲ = s ۳ w ۰ + s ۴ θ ۰ + s ۵ M ۰ + s ۶ F ۰ J ۳ = s ۷ θ ۰ + s ۸ F ۰ J ۴ = s ۹ w ۰ + s ۱۰ θ ۰ + s ۱۱ M ۰ + s ۱۲ F ۰

where the expressions of s1~s12 are detailed in Appendix A.

Substituting Equation (55) into Equations (48) and (51), while considering the pile bottom boundary conditions shown in Equation (26), it can be obtained that

u ۱ w ۰ + u ۲ θ ۰ + u ۳ M ۰ + u ۴ F ۰ = ۰ u ۵ w ۰ + u ۶ θ ۰ + u ۷ M ۰ + u ۸ F ۰ = ۰

where the expressions of u1~u8 are detailed in Appendix B.

It can be obtained from Equation (56) that

F ۰ = u ۳ u ۵ u ۱ u ۷ u ۴ u ۷ u ۳ u ۸ w ۰ + u ۳ u ۶ u ۲ u ۷ u ۴ u ۷ u ۳ u ۸ θ ۰ M ۰ = u ۴ u ۵ u ۱ u ۸ u ۳ u ۸ u ۴ u ۷ w ۰ + u ۴ u ۶ u ۲ u ۸ u ۳ u ۸ u ۴ u ۷ θ ۰
The horizontal dynamic impedance Khh, rocking dynamic impedance Krr, and horizontal–rocking dynamic impedance Khr (Krh) of the concrete-cored DCM pile can be expressed as

K h h = u ۳ u ۵ u ۱ u ۷ u ۴ u ۷ u ۳ u ۸ ,   K r r = u ۴ u ۶ u ۲ u ۸ u ۳ u ۸ u ۴ u ۷ K h r = u ۳ u ۶ u ۲ u ۷ u ۴ u ۷ u ۳ u ۸ ,   K r h = u ۴ u ۵ u ۱ u ۸ u ۳ u ۸ u ۴ u ۷
Furthermore, the dimensionless forms of the three types of dynamic impedances mentioned above can be expressed as

k h h = Re K h h E c r c ,   k r r = Re K r r E c r c ۳ ,   k h r = Re K h r E c r c ۲ c h h = Im K h h E c r c ,   c r r = Im K r r E c r c ۳ ,   c h r = Im K h r E c r c ۲

where Re(·) and Im(·) represent the real and imaginary parts, respectively. khh, krr, and khr represent the dynamic stiffness factor of horizontal, rocking, and horizontal–rocking dynamic impedances, respectively. chh, crr, and chr represent the dynamic damping factor of horizontal, rocking, and horizontal–rocking dynamic impedances, respectively.

۴٫ Calculation Results and Parametric Analysis

The dimensionless forms of the horizontal, rocking, and horizontal–rocking dynamic impedances can be obtained via a careful compilation of the above equations employing MATLAB software. To clearly illustrate the deductive process of the analytical solution of the model in this work, a solution flow chart is shown in Figure 3.

۴٫۱٫ Verification

To verify the reasonability of the proposed mathematical model, this section sets the radius of the cement–soil outer pile equal to the radius of the concrete inner pile, and compares the calculation results in this work with the solutions developed by Novak and Nogami [27] و دینگ و همکاران [۳۳]، به ترتیب. منحنی های مقایسه در نشان داده شده است شکل ۴ با سی پ = E ج / r ج به عنوان سرعت موج یک موج فشاری در شمع داخلی بتن، در حالی که شکل ۴a منحنی مقایسه با نواک و نوگامی است [۲۷] و شکل ۴b منحنی مقایسه با دینگ و همکاران است. [۳۳]. از آن قابل مشاهده است شکل ۴ که نتایج محاسبات در این کار از نظر کمی و کیفی با نتایج بدست آمده توسط نواک و نوگامی مطابقت دارد. [۲۷] و دینگ و همکاران [۳۳]، به ترتیب. تفاوت در بزرگی بین نتایج این کار و نتایج موجود در ادبیات موجود از ۵٪ تجاوز نمی کند و بنابراین تفاوت در اندازه نسبتاً کم و در محدوده قابل قبولی است. در جزئیات، این تفاوت جزئی در بزرگی عمدتاً به دلیل محاسبه دینامیکی شمع ها در این کار با استفاده از نظریه تیر تیموشنکو است، در حالی که نظریه تیر اویلر-برنولی توسط نواک و نوگامی استفاده شده است. [۲۷] و دینگ و همکاران [۳۳]. در نتیجه، تفاوت های جزئی کمتر از ۵٪ در بزرگی را می توان با خیال راحت در برنامه های مهندسی نادیده گرفت.

۴٫۲٫ تحلیل پارامتریک

این بخش مجموعه ای از مثال های محاسباتی و تحلیل های پارامتری را برای بحث در مورد تأثیرات شعاع و مدول الاستیک شمع DCM با هسته بتنی و همچنین چگالی خاک اطراف بر امپدانس دینامیکی افقی ارائه می کند. کهه، امپدانس دینامیکی تکان دهنده کrrو امپدانس دینامیکی تابش افقی کساعت در بالای شمع شمع DCM با هسته بتنی. مقادیر پارامترهای مورد استفاده برای مثال‌های محاسباتی، مگر اینکه غیر از این مشخص شده باشد [۶,۳۳] داده می شوند میز ۱.
شکل ۵، شکل ۶ و شکل ۷ تأثیر شعاع های شمع DCM با هسته بتنی (شامل شعاع) را نشان می دهد rمتر شمع بیرونی سیمان-خاک و شعاع rج از شمع داخلی بتن) بر روی امپدانس دینامیکی افقی، امپدانس دینامیکی تکان دهنده و امپدانس دینامیکی تابشی افقی بالای شمع. به طور کلی، ضریب سختی امپدانس دینامیکی افقی با افزایش فرکانس به طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد، در حالی که ضریب سختی امپدانس‌های دینامیکی تکان‌دهنده و افقی تاب با افزایش فرکانس افزایش می‌یابد. در عین حال، ضریب میرایی سه نوع امپدانس دینامیکی با افزایش فرکانس افزایش می یابد. علاوه بر این، از آن قابل مشاهده است شکل ۵، شکل ۶ و شکل ۷ که شعاع شمع DCM با هسته بتنی تأثیر قابل توجهی بر سه نوع امپدانس دینامیکی دارد. به طور خاص، زمانی که شعاع rمتر شمع خارجی سیمان-خاک بدون تغییر باقی می ماند، کاهش شعاع rج شمع داخلی بتن، سختی و عوامل میرایی سه نوع امپدانس دینامیکی در بالای شمع را کاهش می دهد. زمانی که شعاع rج شمع داخلی بتن بدون تغییر باقی می ماند، افزایش شعاع rمتر شمع بیرونی سیمان-خاک مقدار ضریب سختی را برای امپدانس دینامیکی افقی در محدوده فرکانس پایین بهبود می بخشد.آ۰ < 0.4) اما آن را در محدوده فرکانس بالا کاهش می دهد (آ۰ > ۰٫۴). در همین حال، ضرایب سختی امپدانس‌های دینامیکی تکان‌دهنده و افقی – تکان‌دهنده و همچنین ضریب میرایی سه نوع امپدانس دینامیکی با شعاع افزایش می‌یابد. rمتر شمع خارجی سیمان-خاک افزایش می یابد. علاوه بر این، شعاع rمتر شمع خارجی سیمان-خاک تأثیر قابل توجهی بر عوامل میرایی نسبت به عوامل سختی دارد. به طور کلی، برای هر ۰٫۱ متر افزایش در شعاع rج از شمع داخلی بتن، ضریب سختی و میرایی سه نوع امپدانس دینامیکی ۱ تا ۳ برابر افزایش می یابد. از طرف دیگر، به ازای هر ۰٫۱ متر افزایش شعاع rمتر در شمع خارجی سیمان-خاک، ضریب سختی و میرایی سه نوع امپدانس دینامیکی ۱ تا ۱٫۵ برابر افزایش می یابد. علاوه بر این، ضریب سختی امپدانس دینامیکی افقی ۱ تا ۱٫۵ برابر در محدوده فرکانس بالا کاهش می یابد.آ۰ > ۰٫۴) به ازای هر ۰٫۱ متر افزایش در شعاع rمتر شمع خارجی سیمان-خاک.
شکل ۸، شکل ۹ و شکل ۱۰ تغییرات امپدانس‌های دینامیکی افقی، گهواره‌ای و افقی را با فرکانس تحت مدول‌های الاستیک مختلف شمع‌های DCM با هسته بتنی به تصویر می‌کشند. به طور کلی، مدول الاستیک شمع DCM با هسته بتنی تأثیر مشابهی بر روی سه نوع امپدانس دینامیکی دارد، در حالی که تأثیر قابل‌توجهی بر امپدانس‌های دینامیکی گهواره‌ای و افقی – تکان‌دهنده دارد. به طور خاص، افزایش مدول الاستیک هر دو شمع داخلی بتنی و شمع خارجی سیمان-خاک، سفتی و عوامل میرایی سه نوع امپدانس دینامیکی را بهبود می بخشد. ظاهراً مدول الاستیک شمع داخلی بتنی نسبت به مدول الاستیک شمع بیرونی سیمان-خاک تأثیر قابل‌توجهی بر امپدانس‌های دینامیکی شمع DCM با هسته بتن دارد. به طور کلی، به ازای هر ۵ GPa افزایش در مدول الاستیک Eج از شمع داخلی بتن، ضریب سختی و میرایی سه نوع امپدانس دینامیکی ۱ تا ۱٫۵ برابر افزایش می یابد. در همین حال، به ازای هر ۲ مگاپاسکال در مدول الاستیک افزایش می یابد Eمتر در شمع بیرونی سیمان-خاک، عوامل سختی و میرایی سه نوع امپدانس دینامیکی ۱ تا ۱٫۲ برابر افزایش می یابد. از این رو، بهبود مدول الاستیک شمع خارجی سیمان-خاک برای افزایش مقاومت در برابر لرزش شمع‌های DCM با هسته بتن بسیار مهم است.
تأثیر چگالی خاک بر سه نوع امپدانس دینامیکی برای شمع DCM با هسته بتنی در شکل ۱۱، شکل ۱۲ و شکل ۱۳. از آن قابل مشاهده است شکل ۱۱، شکل ۱۲ و شکل ۱۳ که تأثیر چگالی خاک بر سه نوع امپدانس دینامیکی برای شمع DCM با هسته بتنی قابل توجه است و تأثیر چگالی خاک بر ضریب سختی و میرایی سه نوع امپدانس دینامیکی روند معکوس دارد. به طور جزئی، افزایش چگالی خاک، فاکتورهای سختی سه نوع امپدانس دینامیکی را، به‌ویژه برای امپدانس‌های دینامیکی افقی و گهواره‌ای افقی، افزایش می‌دهد. در عین حال، افزایش تراکم خاک باعث کاهش ضرایب میرایی سه نوع امپدانس دینامیکی می شود و هر چه فرکانس بیشتر باشد کاهش آشکارتر می شود. به طور کلی، چگالی خاک در اطراف شمع DCM با هسته بتنی عمدتاً تأثیر قابل‌توجهی بر عوامل سختی امپدانس‌های دینامیکی افقی و افقی دارد. به طور خاص، ضرایب سختی امپدانس های دینامیکی افقی و افقی تاب به ازای هر ۳۰۰ کیلوگرم بر متر ۲ تا ۳ برابر افزایش می یابد.۳ افزایش چگالی خاک در اطراف شمع DCM با هسته بتن، به ویژه در ناحیه فرکانس آ۰ > ۰٫۲٫
لیو و همکاران [۳۴] نشان داده اند که محتوای آب در محل تأثیر قابل توجهی بر استحکام شمع های DCM دارد. بنابراین، تأثیر محتوای آب درجا بر رفتارهای دینامیکی شمع‌های DCM با هسته بتن باید در اینجا ذکر شود. چه مقدار آب در محل خیلی زیاد باشد یا خیلی کم، به طور قابل توجهی پارامترهای فیزیکی مانند مقاومت فشاری و مدول الاستیک شمع های DCM را کاهش می دهد. علاوه بر این، مدول الاستیک کلی شمع DCM با هسته بتن کاهش می یابد. در نتیجه مقاومت ارتعاشی شمع DCM با هسته بتن ضعیف شده است. به منظور جلوگیری از تأثیر زیاد یا کم آب در محل بر عملکرد شمع‌های DCM با هسته بتنی، روش‌های مختلف ساختمانی مانند روش مرطوب (برای محتوای آب در محل کم)، روش خشک (برای بالا در محل) محتوای آب)، و حتی روش خشک- مرطوب، در طول فرآیند ساخت شمع‌های DCM توسعه یافته‌اند. با این حال، مشخصات و فرآیندهای روش های ساخت و ساز مربوطه هنوز نیاز به بهبود بیشتر دارند.

۵٫ نتیجه گیری ها

در کار حاضر، پاسخ‌های دینامیکی جانبی یک شمع DCM با هسته بتنی در خاک ویسکوالاستیک تک فاز با استفاده از استنتاج نظری و تحلیل پارامتری مورد بحث قرار می‌گیرد. روش پیشنهادی یک راه حل فرم سری بسته برای شمع DCM با هسته بتن با طول محدود به دست می آورد. سپس، تأثیر شعاع و مدول الاستیک شمع DCM با هسته بتنی و چگالی خاک رفتار دینامیکی جانبی سیستم شمع-خاک با هسته بتنی بررسی می‌شود. یافته‌های اصلی به‌دست‌آمده در این کار به شرح زیر خلاصه می‌شوند: (۱) شعاع شمع داخلی بتنی و شمع بیرونی سیمان-خاک تأثیر قابل‌توجهی بر امپدانس‌های دینامیکی در بالای شمع شمع DCM با هسته بتن دارند. (ب) افزایش مدول الاستیک شمع داخلی بتنی و شمع خارجی سیمان-خاک برای بهبود امپدانس های دینامیکی در بالای شمع شمع DCM با هسته بتن مفید خواهد بود. (iii) افزایش چگالی خاک ضرایب سختی سه نوع امپدانس دینامیکی را افزایش می‌دهد اما عوامل میرایی آنها را کاهش می‌دهد.

مشارکت های نویسنده

مفهوم سازی، GS و GD. روش، HL و GD. نرم افزار HL; اعتبار سنجی، GS و HL. تحقیق، XC; مدیریت داده، GD; نوشتن – آماده سازی پیش نویس اصلی، GS و HL. نوشتن-بررسی و ویرایش، XC; تجسم، YD; مدیریت پروژه، GS و YD؛ تأمین مالی، GD همه نویسندگان نسخه منتشر شده نسخه خطی را خوانده و با آن موافقت کرده اند.

منابع مالی

این تحقیق توسط بنیاد ملی علوم طبیعی چین با شماره های کمک مالی ۵۲۰۷۸۱۲۸ و ۵۲۱۷۸۳۱۷ تامین شده است.

بیانیه در دسترس بودن داده ها

مجموعه داده های تولید شده در طول مطالعه فعلی و/یا تجزیه و تحلیل شده در طول مطالعه جاری در صورت درخواست معقول از نویسندگان مربوطه در دسترس است.

تضاد علاقه

نویسندگان هیچ تضاد منافع را اعلام نمی کنند.

پیوست اول

عبارات از س۱س۱۲ در معادله (۵۵) به صورت نوشته شده است

س ۱ = را ۲ n ۳ را ۲ n ۱ را ۱ n ۳ ، س ۲ = n ۳ آ جی ک را ۲ n ۱ را ۱ n ۳ ، س ۳ = y ۴ y ۴ y ۱ y ۳ y ۲ س ۴ = تی ۱ y ۴ y ۱ y ۳ y ۲ ، س ۵ = y ۲ E من y ۴ y ۱ y ۳ y ۲ ، س ۶ = تی ۲ y ۴ y ۱ y ۳ y ۲
س ۷ = را ۱ n ۱ را ۱ n ۳ را ۲ n ۱ ، س ۸ = n ۱ آ جی ک را ۱ n ۳ را ۲ n ۱ ، س ۹ = y ۳ y ۲ y ۳ y ۱ y ۴ س ۱۰ = تی ۳ y ۲ y ۳ y ۱ y ۴ ، س ۱۱ = y ۱ E من y ۲ y ۳ y ۱ y ۴ ، س ۱۲ = تی ۴ y ۲ y ۳ y ۱ y ۴

با

y ۱ = ۱ + n = ۱ ک ۲ فی ۱ n ، y ۲ = ۱ + n = ۱ ک ۴ فی ۱ n ، y ۳ = n ۲ را ۱ + n = ۱ ک ۲ فی ۲ n g n ، y ۴ = n ۴ را ۲ + n = ۱ ک ۴ فی ۲ n g n
تی ۱ = y ۲ n = ۱ س ۱ ک ۱ + س ۷ ک ۳ فی ۲ n g n y ۴ n = ۱ س ۱ ک ۱ + س ۷ ک ۳ فی ۱ n تی ۲ = y ۲ n = ۱ س ۲ ک ۱ + س ۸ ک ۳ فی ۲ n g n y ۴ n = ۱ س ۲ ک ۱ + س ۸ ک ۳ فی ۱ n
تی ۳ = y ۱ n = ۱ س ۱ ک ۱ + س ۷ ک ۳ فی ۲ n g n y ۳ n = ۱ س ۱ ک ۱ + س ۷ ک ۳ فی ۱ n تی ۴ = y ۱ n = ۱ س ۲ ک ۱ + س ۸ ک ۳ فی ۲ n g n y ۳ n = ۱ س ۲ ک ۱ + س ۸ ک ۳ فی ۱ n

ضمیمه B

عبارات از تو۱تو۸ در معادله (۵۶) به صورت نوشته شده است

تو ۱ = س ۳ cos را ۱ اچ + س ۹ cosh را ۲ اچ
تو ۲ = س ۱ گناه را ۱ اچ + س ۴ cos را ۱ اچ + س ۷ بدنیا آمدن را ۲ اچ + س ۱۰ cosh را ۲ اچ
تو ۳ = س ۵ cos را ۱ اچ + س ۱۱ cosh را ۲ اچ
تو ۴ = س ۲ گناه را ۱ اچ + س ۶ cos را ۱ اچ + س ۸ بدنیا آمدن را ۲ اچ + س ۱۲ cosh را ۲ اچ
تو ۵ = س ۳

n ۲ sin η ۱ H + n = ۱ K ۲ Φ ۲ n sinh g n H + s ۹ n ۴ sinh η ۲ H + n = ۱ K ۴ Φ ۲ n sinh g n H

u ۶ = s ۱ n ۱ cos η ۱ H + n = ۱ K ۱ Φ ۲ n sinh g n H + s ۴ n ۲ sin η ۱ H + n = ۱ K ۲ Φ ۲ n sinh g n H + s ۷ n ۳ cosh η ۲ H + n = ۱ K ۳ Φ ۲ n sinh g n H + s ۱۰ n ۴ sinh η ۲ H + n = ۱ K ۴ Φ ۲ n sinh g n H
u ۷ = s ۵ n ۲ sin η ۱ H + n = ۱ K ۲ Φ ۲ n sinh g n H + s ۱۱ n ۴ sinh η ۲ H + n = ۱ K ۴ Φ ۲ n sinh g n H
u ۸ = s ۲ n ۱ cos η ۱ H + n = ۱ K ۱ Φ ۲ n sinh g n H + s ۶ n ۲ sin η ۱ H + n = ۱ K ۲ Φ ۲ n sinh g n H + s ۸ n ۳ cosh η ۲ H + n = ۱ K ۳ Φ ۲ n sinh g n H + s ۱۲ n ۴ sinh η ۲ H + n = ۱ K ۴ Φ ۲ n sinh g n H

References

  1. Bergado, D.T.; Jamsawang, P.; Voottipruex, P.; Cheang, W. Behavior of deep cement mixing (DCM) and stiffened deep cement mixing (SDCM) piles under full scale tests and embankment loading. In Proceedings of the 1st International Symposium on Ground Improvement Technologies and Case Histories, Singapore, 9–۱۲ December 2009; pp. 3–۱۱٫ [Google Scholar]
  2. Voottipruex، P. سوکساوات، تی. برگادو، دی.تی. جامسوانگ، ص. شبیه‌سازی عددی و مطالعه پارامتری شمع‌های SDCM و DCM تحت بارهای محوری و جانبی مقیاس کامل. محاسبه کنید. ژئوتک. ۲۰۱۱، ۳۸، ۳۱۸-۳۲۹٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  3. Voottipruex، P. برگادو، دی.تی. سوکساوات، تی. جامسوانگ، پ. Cheang، W. رفتار و شبیه سازی شمع های اختلاط عمیق سیمان (DCM) و اختلاط عمیق سیمان (SDCM) تحت بارگیری در مقیاس کامل. خاک ها پیدا شد ۲۰۱۱، ۵۱، ۳۰۷–۳۲۰٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  4. وانگ، آ. ژانگ، دی. دنگ، Y. پاسخ جانبی تک شمع ها در خاک بهبود یافته با سیمان: بررسی عددی و نظری. محاسبه کنید. ژئوتک. ۲۰۱۸، ۱۰۲، ۱۶۴-۱۷۸٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  5. وانگ، آ. ژانگ، دی. دنگ، ی. یک رویکرد ساده برای پاسخ محوری شمع های بتنی پیش ساخته منفرد در خاک تیمار شده با سیمان. بین المللی J. Civ. مهندس ۲۰۱۸، ۱۶، ۱۴۹۱-۱۵۰۱٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  6. یو، جی. خو، اس. یانگ، ایکس. چن، ز. گونگ، X. محاسبه ته نشینی فونداسیون کامپوزیت با شمع DCM با هسته بتنی در زیر پی صلب. جی سنت. دانشگاه جنوب علمی تکنولوژی ۲۰۲۰، ۵۱، ۲۱۱۱-۲۱۲۰٫ [Google Scholar]
  7. ژانگ، سی. لیو، اس. ژانگ، دی. لای، اف. لو، تی. Liu, Y. یک راه حل با کرنش مساوی اصلاح شده برای رفتار تحکیم پی کامپوزیت تقویت شده توسط شمع های بتنی پیش ساخته بهبود یافته با خاک تیمار شده با سیمان. محاسبه کنید. ژئوتک. ۲۰۲۲، ۱۵۰، ۱۰۴۹۰۵٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  8. هان، YS; چنگ، جی. ژو، ام. Ni، PP; Wang، YL مطالعه تجربی اثرات تراکم و انبساط ناشی از نفوذ شمع هسته در طول ساخت شمع SDCM. بین المللی جی. ژئومک. ۲۰۲۲، ۲۲۰۴۰۲۲۰۴۱٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  9. وانگ، آ. ژانگ، دی. Zhang، Y. پاسخ لرزه ای شمع های لوله با خاک تیمار شده با سیمان در ماسه بهبود یافت. چانه. جی. جئوت. مهندس ۲۰۲۱، ۴۳، ۱۲۱-۱۲۴٫ [Google Scholar]
  10. ژانگ، دی. وانگ، آ. Ding، X. پاسخ لرزه ای گروه های شمع با ستون های اختلاط سیمان عمیق در شن و ماسه مایع بهبود یافته است: آزمایش های جدول تکان دادن. می توان. ژئوتک. جی. ۲۰۲۲، ۵۹، ۹۹۴-۱۰۰۶٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  11. مکریس، ن. گازتاس، G. تفاوت فاز جابجایی در یک شمع نوسانی هماهنگ. ژئوتکنیک ۱۹۹۳، ۴۳، ۱۳۵-۱۵۰٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  12. مکریس، N. برهمکنش خاک-شمع در طی عبور امواج ریلی – یک راه حل تحلیلی. زمین مهندس ساختار. دین ۱۹۹۴، ۲۳، ۱۵۳-۱۶۷٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  13. مکریس، ن. بادونی، د. پاسخ لرزه ای گروه های شمع تحت امواج مایل-برشی و ریلی. زمین مهندس ساختار. دین ۱۹۹۵، ۲۴، ۵۱۷–۵۳۲٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  14. تاکواکی، آی. کیشیدا، الف. تحلیل کارآمد اثر گروه شمع بر سختی لرزه ای و طراحی مقاومت ساختمان ها. خاک دین. زمین مهندس ۲۰۰۵، ۲۵، ۳۵۵-۳۶۷٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  15. آنویاتیس، جی. Mylonakis، G. مدول دینامیک وینکلر برای شمع های بارگذاری محوری. ژئوتکنیک ۲۰۱۲، ۶۲، ۵۲۱–۵۳۶٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  16. آنویاتیس، جی. دی لائورا، آر. ماندولینی، آ. Mylonakis، G. پاسخ سینماتیکی تک شمع ها برای شرایط مرزی مختلف: راه حل های تحلیلی و طرح های نرمال سازی. خاک دین. زمین مهندس ۲۰۱۳، ۴۴، ۱۸۳-۱۹۵٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  17. آنویاتیس، جی. دی لائورا، آر. Lemnitzer، A. امپدانس های شمع دینامیکی برای شمع های نوک ثابت. خاک دین. زمین مهندس ۲۰۱۷، ۹۷، ۴۵۴-۴۶۷٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  18. Cui، CY; منگ، ک. Xu, CS; وانگ، BL; Xin، Y. ارتعاش عمودی یک شمع شناور با در نظر گرفتن اثر پیوند ناقص رابط شمع-خاک. محاسبه کنید. ژئوتک. ۲۰۲۲، ۱۵۰، ۱۰۴۸۹۴٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  19. نواک، م. ابوالاله، ف. نوگامی، تی. واکنش‌های دینامیکی خاک برای مورد کرنش هواپیما. J.Eng. من بخش ۱۹۷۸، ۱۰۴، ۹۵۳-۹۵۹٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  20. نواک، م. Aboul-Ella، F. توابع امپدانس شمع ها در رسانه های لایه ای. J.Eng. من بخش ۱۹۷۸، ۱۰۴، ۶۴۳-۶۶۱٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  21. نواک، M. سفتی دینامیکی و میرایی شمع ها. می توان. ژئوتک. جی. ۱۹۷۴، ۱۱، ۵۷۴–۵۹۸٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  22. وزیری، ح. هان، YC توابع امپدانس شمع ها در رسانه های ناهمگن. جی.ژئوتک. مهندس ASCE 1993، ۱۱۹، ۱۴۱۴-۱۴۳۰٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  23. وزیری، توابع امپدانس HH برای مدل‌سازی مناطق مرزی با ویژگی‌های رابط غیر بازتابی. محاسبه کنید. ساختار. ۱۹۹۴، ۵۰، ۲۶۳-۲۷۲٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  24. ژنگ، سی جی. Cui، YQ; وو، سی. لو، تی. Luan، LB راه حل تحلیلی ساده شده برای پاسخ لرزه ای افقی شمع های منفرد به امواج S که به صورت عمودی برخورد می کنند. مکانیک خاک سنگ. ۲۰۲۳، ۴۴، ۳۲۷-۳۳۶٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  25. آنویاتیس، جی. لمنیتزر، الف. امپدانس های شمع دینامیکی برای شمع های بارگذاری شده جانبی با استفاده از فرمول های بهبود یافته تاجیمی و وینکلر. خاک دین. زمین مهندس ۲۰۱۷، ۹۲، ۲۷۹-۲۹۷٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  26. نوگامی، تی. Novak, M. مقاومت خاک در برابر شمع ارتعاشی افقی. زمین مهندس ساختار. دین ۱۹۷۷، ۵، ۲۴۹-۲۶۱٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  27. نواک، م. نوگامی، تی. اندرکنش خاک-شمع در ارتعاش افقی. زمین مهندس ساختار. دین ۱۹۷۷، ۵، ۲۶۳-۲۸۱٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  28. آنویاتیس، جی. میلوناکیس، جی. لمنیتزر، الف. واکنش خاک به حرکت شمع هارمونیک جانبی. خاک دین. زمین مهندس ۲۰۱۶، ۸۷، ۱۶۴-۱۷۹٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  29. ژنگ، سی. لوان، ال. کین، اچ. ژو، H. پاسخ دینامیکی افقی یک شمع لوله با قطر بزرگ بارگذاری شده ترکیبی شبیه‌سازی شده توسط تئوری تیر تیموشنکو. بین المللی جی. ساختار. خنجر زدن دین ۲۰۲۰، ۲۰، ۲۰۷۱۰۰۳٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  30. ژنگ، سی. کورتزیس، جی. لوان، ال. Ding، X. فرمول فرمول بسته برای پاسخ شمع های شناور منفرد به بارهای دینامیکی جانبی. محاسبه کنید. ژئوتک. ۲۰۲۲، ۱۵۲، ۱۰۵۰۴۲٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  31. یانگ، ایکس. ژانگ، ی. لیو، اچ. فن، X. جیانگ، جی. ال ناگار، MH; وو، دبلیو. Liu, X. راه حل تحلیلی برای پاسخ دینامیکی جانبی پی شمع تعبیه شده در خاک غیر اشباع. مهندس اقیانوس ۲۰۲۲، ۲۶۵، ۱۱۲۵۱۸٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  32. کوی، سی. لیانگ، ز. خو، سی. شین، ی. وانگ، ب. راه حل تحلیلی برای ارتعاش افقی شمع تکی با انتها در خاک اشباع ناهمگن شعاعی. Appl. ریاضی. مدل. ۲۰۲۳، ۱۱۶، ۶۵-۸۳٫ [Google Scholar] [CrossRef]
  33. دینگ، XM; ژنگ، سی جی؛ لوان، ال بی اصول دینامیک شمع; انتشارات علمی: پکن، چین، ۲۰۲۱٫ [Google Scholar]
  34. لیو، ی. او، LQ; جیانگ، YJ; خورشید، MM; چن، ای جی. لی، اف.-اچ. تأثیر تغییر محتوای آب در محل بر تغییر فضایی مقاومت خاک رس عمیق مخلوط با سیمان. ژئوتک ۲۰۱۹، ۶۹، ۳۹۱-۴۰۵٫ [Google Scholar] [CrossRef]
شکل ۱٫
طرحی برای سیستم شمع-خاک DCM با هسته بتنی.

شکل ۱٫
طرحی برای سیستم شمع-خاک DCM با هسته بتنی.
ساختمان 13 01378 g001
شکل ۲٫
عنصر تجزیه و تحلیل شمع DCM با هسته بتنی. (آ) شمع بیرونی سیمان-خاک. (ب) شمع داخلی بتنی.

شکل ۲٫
عنصر تجزیه و تحلیل شمع DCM با هسته بتنی. (آ) شمع بیرونی سیمان-خاک. (ب) شمع داخلی بتنی.
ساختمان 13 01378 g002
شکل ۳٫
نمودار جریان حل شمع DCM با هسته بتن تحت بارهای دینامیکی افقی.

شکل ۳٫
نمودار جریان حل شمع DCM با هسته بتن تحت بارهای دینامیکی افقی.
ساختمان 13 01378 g003
شکل ۴٫
منحنی های مقایسه (آ) مقایسه با نواک و نوگامی (۱۹۷۷) [۲۷]. (ب) مقایسه با دینگ و همکاران. (۲۰۲۱) [۳۳].

شکل ۴٫
منحنی های مقایسه (آ) مقایسه با نواک و نوگامی (۱۹۷۷) [۲۷]. (ب) مقایسه با دینگ و همکاران. (۲۰۲۱) [۳۳].
ساختمان 13 01378 g004
شکل ۵٫
تأثیر شعاع شمع DCM با هسته بتن بر امپدانس دینامیکی افقی. (آ) ضریب سختی. (ب) عامل میرایی.

شکل ۵٫
تأثیر شعاع شمع DCM با هسته بتن بر امپدانس دینامیکی افقی. (آ) ضریب سختی. (ب) عامل میرایی.
ساختمان 13 01378 g005
شکل ۶٫
تأثیر شعاع شمع DCM با هسته بتن بر امپدانس دینامیکی تکان دهنده. (آ) ضریب سختی. (ب) عامل میرایی.

شکل ۶٫
تأثیر شعاع شمع DCM با هسته بتن بر امپدانس دینامیکی تکان دهنده. (آ) ضریب سختی. (ب) عامل میرایی.
ساختمان 13 01378 g006
شکل ۷٫
تأثیر شعاع شمع DCM با هسته بتنی بر امپدانس دینامیکی افقی تاب. (آ) ضریب سختی. (ب) عامل میرایی.

شکل ۷٫
تأثیر شعاع شمع DCM با هسته بتنی بر امپدانس دینامیکی افقی تاب. (آ) ضریب سختی. (ب) عامل میرایی.
ساختمان 13 01378 g007
شکل ۸٫
تأثیر مدول الاستیک شمع DCM با هسته بتنی بر امپدانس دینامیکی افقی. (آ) ضریب سختی. (ب) عامل میرایی.

شکل ۸٫
تأثیر مدول الاستیک شمع DCM با هسته بتنی بر امپدانس دینامیکی افقی. (آ) ضریب سختی. (ب) عامل میرایی.
ساختمان 13 01378 g008
شکل ۹٫
تأثیر مدول الاستیک شمع DCM با هسته بتنی بر امپدانس دینامیکی تکان دهنده. (آ) ضریب سختی. (ب) عامل میرایی.

شکل ۹٫
تأثیر مدول الاستیک شمع DCM با هسته بتنی بر امپدانس دینامیکی تکان دهنده. (آ) ضریب سختی. (ب) عامل میرایی.
ساختمان 13 01378 g009
شکل ۱۰٫
تأثیر مدول الاستیک شمع DCM با هسته بتنی بر امپدانس دینامیکی افقی تاب. (آ) ضریب سختی. (ب) عامل میرایی.

شکل ۱۰٫
تأثیر مدول الاستیک شمع DCM با هسته بتنی بر امپدانس دینامیکی افقی تاب. (آ) ضریب سختی. (ب) عامل میرایی.
ساختمان 13 01378 g010
شکل ۱۱٫
تاثیر چگالی خاک بر امپدانس دینامیکی افقی (آ) ضریب سختی. (ب) عامل میرایی.

شکل ۱۱٫
تاثیر چگالی خاک بر امپدانس دینامیکی افقی (آ) ضریب سختی. (ب) عامل میرایی.
ساختمان 13 01378 g011
شکل ۱۲٫
تاثیر چگالی خاک بر امپدانس دینامیکی تکان دهنده (آ) ضریب سختی. (ب) عامل میرایی.

شکل ۱۲٫
تاثیر چگالی خاک بر امپدانس دینامیکی تکان دهنده (آ) ضریب سختی. (ب) عامل میرایی.
ساختمان 13 01378 g012
شکل ۱۳٫
تأثیر چگالی خاک بر امپدانس دینامیکی افقی تاب. (آ) ضریب سختی. (ب) عامل میرایی.

شکل ۱۳٫
تأثیر چگالی خاک بر امپدانس دینامیکی افقی تاب. (آ) ضریب سختی. (ب) عامل میرایی.
ساختمان 13 01378 g013
میز ۱٫
پارامترهای فیزیکی
میز ۱٫
پارامترهای فیزیکی
نوع رسانه مقدار پارامتر
خاک اطراف تراکم rس = ۱۸۰۰ کیلوگرم بر متر۳
تیغه ثابت لس = مترس = ۱۰ مگاپاسکال
نسبت میرایی بس = ۰٫۰۵
شمع داخلی بتنی مدول الاستیک Eج = ۲۰ گیگا پاسکال
نسبت پواسون nج = ۰٫۲
تراکم rج = ۲۳۵۰ کیلوگرم بر متر۳
شعاع rج = ۰٫۲ متر
طول اچ = ۱۰ متر
شمع خارجی سیمان-خاک مدول الاستیک Eمتر = ۳۰۰ مگاپاسکال
نسبت پواسون nمتر = ۰٫۲۵
تراکم rمتر = ۲۰۱۰ کیلوگرم بر متر۳
شعاع rمتر = ۰٫۴ متر
طول اچ = ۱۰ متر
سلب مسئولیت/یادداشت ناشر: اظهارات، نظرات و داده های موجود در همه نشریات صرفاً متعلق به نویسنده (ها) و مشارکت کننده (ها) است و نه MDPI و/یا ویرایشگر(ها). MDPI و/یا ویراستار(های) مسئولیت هرگونه آسیب به افراد یا دارایی ناشی از هر ایده، روش، دستورالعمل یا محصولات اشاره شده در محتوا را رد می کنند.

منابع:
۱- shahrsaz.ir , ساختمانها، جلد. ۱۳، صفحات ۱۳۷۸: تحلیل دینامیکی یک شمع اختلاط عمیق سیمان با هسته بتن تحت بارهای دینامیکی افقی
,۱۶۸۵۰۷۰۰۰۴
۲- https://www.mdpi.com/2075-5309/13/6/1378 | 2023-05-26 04:30:00

به اشتراک بگذارید
تعداد دیدگاه : 0
  • دیدگاه های ارسال شده توسط شما، پس از تایید توسط تیم مدیریت در وب منتشر خواهد شد.
  • پیام هایی که حاوی تهمت یا افترا باشد منتشر نخواهد شد.
  • پیام هایی که به غیر از زبان فارسی یا غیر مرتبط باشد منتشر نخواهد شد.
با فعال سازی نوتیفیکیشن سایت به روز بمانید! آیا میخواهید جدید ترین مطالب سایت را به صورت نوتیفیکیشن دریافت کنید؟ خیر بله