Seismisk dimensjonering av pelefundamenter

Størrelse: px

Begynne med side:

Download "Seismisk dimensjonering av pelefundamenter"

Kristian Lauritzen
7 år siden
Visninger:

1 Seismisk dimensjonering av pelefundamenter Amir M. Kaynia Oversikt Jordskjelvpåvirkning i peler og EC8s krav Jord konsktruksjon samvirke (SSI) Beregning av stivheter Ikke lineære stivheter lateral kapasitet Kinematiske krefter Skråpeler Eksempler

2 EC8, del 5, kap. 6 - Krav EC8, del 5, Krav

3 Treghet og kinematisk samvirke Peler må dimensjoneres for følgende påvirkninger under jordskjelv: a) Treghetskrefter fra konstruksjonen som oppstår når konstruksjonen settes i bevegelse av jordskjelv. Kraften beregnes ut fra masse og akselerasjon (~ m S d ) b) Deformasjonskrefter (Kinematiske krefter) som oppstår på grunn av deformasjoner i jorden rundt pelene som følge av seismiske bølger uavhengig av konstruksjonens egenskaper. Treghets krefter Ifølge EC8 bør konstruksjonens respons beregnes ved å ta hensyn til SSI (dvs fundamentets fleksibilitet). Fleksibiliteten representeres vha fjærer ofte kalt fundamentfærer / jordfærer. Stivhetene til fjærene beregnes vha FE analyser, forenklede modeller (for eks. GeosSuite piles) eller analytiske formler (for eks. EC8, Annex C).

4 Analytiske formler for pelestivheter Formlene er for fast innspent peletopp og peler med sirkulært og uniformt tverrsnitt. For hybride tverrsnitt, må man beregne ekvivalent d og E p ut fra pelens EI Pelestivheter I praksis trenger man å beregne stivheter vha et program fordi analytiske formler: er for idealiserte jordprofiler tar ikke hensyn til gruppeeffekt tar ikke hensyn til betingelser ved peletoppen kan ikke brukes i kompliserte gruppekonfigurasjoner representerer elastiske forhold, og derfor gir ofte konservative resultater (dvs høyere krefter i konstruksjonen og pelene) Men de er nyttige for kontroll of resultater

5 Beregning av pelestivheter Det finnes flere metoder for å beregne stivheter. En av de mest brukte er basert på p y kurver (for eks. peleveiledning, GeoSuite piles). Fordeler: p y kurver kan defineres ut fra geotekniske parametrer (peleveiledning) eller vha modellforsøk. kan brukes også for å beregne lateral pelekapasitet. kan brukes for å beregne stivhet som funksjon av last (ikke lineær stivhet). Ikke-lineær pelestivheter Stivhet = Last/Forskyvning På grunn av ikke lineær oppførsel av jord, er pelestivheter også ikke lineære. Selv om EC8 ikke krever det, er det god praksis å ta hensyn til ikke linearitet i pelestivheter for å få mer realistiske krefter i pel og konstruksjon. Dette gjøres vha en iterasjonsprosess fordi pelestivhet er funksjon av last.

6 Iterasjon på pelestivheter Ved beregning av pelestivhet er det ofte nyttig med en iterasjonsprosess mellom RIG og RIB for å optimalisere design av pelefundament og konstruksjon. Dette for at man skulle ende opp med en løsning som gir tilnærmet samme forskyvning av fundamentet og konstruksjonen. Fremgangsmåten er slik: 1. RIB utføreren innledende globalanalyse av konstruksjonen med antatte pelestivheter (eller ved å anta fast innspent fundament). 2. Basert på dimensjonerende krefter og momenter fra (1) justeres antall og type peler. Peler og pelegrupper modelleres for disse kreftene i et peleprogram. Deretter oppdateres pelestivheter (generelt 6x6 stivhetsmatrise). 3. RIB kjører en ny strukturanalyse med oppdaterte pelestivheter i UK fundament fra (2) og får nye dimensjonerende laster. Iterasjonen gjentas med oppdaterte laster til det oppnås tilfredsstillende samsvar mellom last og forskyvning i UK fundamentet. Forskyvninger og rotasjoner kontrolleres mot krav i konstruksjonen. Responsspektrum (m/s**2) T (s) Forenklet prosedyre Prosessen kan forenkles i fundamenter med enkelte peler eller pelegrupper i bygninger dersom man kan anta randbetingelser på pelehode (for eks. fast innspent og lite rotasjon). I slike tilfeller, kan RIG produsere kurver for stivheter som funksjon av last, slik som vist under Last (kn) Last (kn) Last (kn) Last (kn) Forskyvning (m) Forskyvning (m) Forskyvning (m) Forskyvning (m)

7 Forenklet prosedyre, fort. Beregn ikke lieær stivhet =Last/Forskyvning som funksjon av last eller forskyvning (eksempel basert på data i forrige side) Stivhet (kn/m) 6 4 Stivhet (kn/m) Forskyvning (m) Last (kn) Forenklet prosedyre, eksempel Horisontal stivhet, k_hor (kn/m) Horisontal stivhet 1SK7 1SK9/1 1SK11/12 1SK13 1SK Rotasjonsstivhet, k_rot (knm/rad) Rotasjonsstivhet 1SK7 1SK9/1 1SK11/12 1SK13 1SK Horisontal last, F_hor (kn) Horisontal last, F_hor (kn)

8 Forenklet prosedyre - eksempel Ø15 stålkjerne peler (ikke skrå!) 1. Estimer kraften, F, i pelen 2. Les stivheten, K, fra figuren 3. Gjenta strukturanalysen og beregn ny kraft F. 4. Gjenta trinn 1 til 3 inntil den forrige F er lik den oppdaterte F (innen 5 1%) 5. Kraften ved den siste iterasjon er endelig svar. Send til RIG for kontroll av pelens momentkapasitet og eventuelt justeringer av tverrsitt. Horisontal stivhet, k_hor (kn/m) Responsspektrum (m/s**2) Horisontal stivhet 1SK7 1SK9/1 1SK11/12 1SK13 1SK Horisontal last, F_hor (kn) T (s) Forenklet prosedyre maks krefter Man kan også lage kurver for maks moment i pelene som funksjon av jordskjelvlaster på peletoppen (data for samme eksempel). Eksempel på momentfordeling i en av pelene i samme eksempel ved F p = 4 kn for tre tilfeller av M p. Moment i pel Merk at maks moment ikke alltid er størst i peletoppen! Mp=5 Mp= Mp= 5 Dybde (m)

9 Lateral pelekapasitet Lateral pelekapasitet er avhengig av egenskaper til pel/jord som gjenspeiles via deformasjonsformen av pelen: Korte peler lateral kapasitet bestemmes av jordreaksjonens kapasitet (q tr;k i Peleveiledning). Se Peleveiledning for beregning av lateral bæreevne, R tr;k. F tr Free head Fixed head lange peler lateral kapasitet bestemmes av enten utvikling av plastisk ledd i pel under vertikal last og moment (mest vanlig i praksis) eller store forskyvninger i pelen som er uakseptable mht respons av pel/konstruksjon. Kinematiske krefter EC8, del 5: Man trenger kun å beregne kinematiske krefter når begge forholdene nevnt under er tilstede: 1) Grunnforholdene er av Type C eller D og hvor det er skarp kontrast i stivheten i jordprofil (ved en faktor større enn 3) 2) Produktet av a g.s overstiger 1, m/s 2 og konstruksjonen er i seismiske klasser III eller IV Beregning av kinematiske krefter krever avanserte analyser (for eks. FEA). Alternativt, kan man bruke forenklede metoder som ofte er på konservativ side. Følgende metode, som er forventet å komme inn i neste revisjon av Peleveiledning, kan brukes.

10 Kinematiske krefter forenklet metode For et mykt lag over et stivere lag, kan kinematisk moment i pelen ved overgangen mellom de to lagene estimeres vha G 1, 1,h 1 G 2 Typiske verdier av ε p /γ 1 er fra,5 til,15 Kinematiske krefter forenklet metode a max = a g.s er maks akselerasjon på overflaten (bestemmes av EC8) E = elastisitetsmodul av pel, I = treghetsmoment av peletverrsnittet, d = pelens diameter, ε p = tøyning i pelen på grunn av jordskjelvet og γ 1 = forventet skjærtøyning i det øverste laget på grunn av jordskjelvet. G 1, ρ 1 og h 1 betegner henholdsvis skjærmodul ved små tøyninger, massetetthet og tykkelse av det øverste jordlaget. k 1 = 3G 1 og c er stivhetskontrasten mellom lagene G 2 er skjærmodul for små tøyninger i det nedre laget.

11 Kinematiske krefter Eksempel Utstøpt stålrørspel i jordprofil med 1 meter bløt leire over sand. Pel: d =,8 m ; E = 4,5e7 kpa ; I =,2 m 4 (siden tverrsnittet er sammensatt, er E her en ekvivalent E modul for hele tverrsnittet, som gir riktig bøyestivhet EI) Lag 1 (leire): s u DSS = 1 kpa, I p = 25 %, ρ 1 = 18 kg/m 3, h 1 = 1 m Lag 2 (sand): G 2 = 1 kpa a max =,15g = 1,3 m/s 2 (Oslo, grunntype E og seismisk kl. 3) G 1 = 12 5 kpa c = (1 /12 5),25 = 1,7 k 1 = 3*12 5 kpa = kpa og Til slutt beregnes det kinematiske momentet som Skråpeler Nyere forskning Nyere forskning viser at skråpeler drar på seg større krefter (både treghet og spesielt kinematiske) enn vertikale peler. Eksempel: Modellforsøk i Japan, Tazoh et al. (21) Tøyning fra bøyning i peler

12 Skråpeler Nyere forskning Eksempel: Numeriske modeller (Giannakou et al. 21) Skråpeler generelle råd EC8 ser noe negativt på skråpeler (5.4.2 (5)) Bakgrunn: i) Moment pga setning i jord og pga jordskjelv ii) Stor aksial kraft som reduserer duktilitet til innfestningen av pelen til fundamentet Dersom skråpeler benyttes, anbefaler RIF veiledning at: 1) Pelene plasseres og orienteres symmetrisk 2) Innfestingen av peler utføres enten i henhold til duktilitets kravene i resten av konstruksjonen eller designes for q=1

13 Sist Takk for oppmerksomheten

Like dokumenter

Identifisering av grunntype etter Eurokode 8, og seismisk grunnresponsanalyser

Identifisering av grunntype etter Eurokode 8, og seismisk grunnresponsanalyser Øyvind Torgersrud Innhold Del I Lokal jordskjelvrespons Definisjon responsspektrum Del II Grunntyper etter Eurokode 8 Definisjon