دانلود مقاله تحلیل شمع های دایره ای غیریکنواخت بارگذاری شده پیچشی
نکات برجسته
چکیده
کلید واژه ها
1. مقدمه
2. فرمول بندی مسئله
3. معادلات حاکم
4. راه حل پیشنهادی
5. استخراج ماتریس سختی
6. تایید روش جدید
6.1. مثال 1: انباشته در یک خاک همگن یک لایه
6.2. مثال 2: شمع مخروطی در یک خاک همگن دو لایه
6.3. مثال 3: شمع مخروطی در یک خاک چهار لایه
6.4. مثال 4: شمع پلکانی در یک خاک غیر همگن یک لایه
6.5. مثال 5: شمع به طور جزئی در یک خاک دو لایه جاسازی شده است
7. نتیجه گیری
ضمیمه
منابع
Highlights
Abstract
Keywords
1. Introduction
2. Formulation of problem
3. Governing equations
4. Proposed solution
5. Stiffness matrix derivation
6. Verification of the new method
6.1. Example 1: Pile in a one-layered homogeneous soil
6.2. Example 2: Tapered pile in a two-layered homogeneous soil
6.3. Example 3: Tapered pile in a four-layered soil
6.4. Example 4: Stepped pile in a one-layered non-homogeneous soil
6.5. Example 5: Pile partially embedded in a two-layered soil
7. Conclusions
Declaration of Competing Interest
Acknowledgments
Appendix.
References
چکیده
یک روش جدید برای تجزیه و تحلیل پیچشی شمع های دایره ای غیر یکنواخت که به طور جزئی یا کامل در خاک های الاستیک چند لایه جاسازی شده اند، توسعه یافته است. پاسخ مکانیکی شمع‌های غیریکنواخت مانند آنهایی که دارای تغییرات خطی در مقطع (یعنی شمع‌های مخروطی) یا تغییرات ناپیوسته (یعنی شمع‌های پلکانی) هستند و واکنش در برابر یک خاک الاستیک غیر همگن را می‌توان به راحتی با فرمول پیشنهادی عدم همگنی خاک با فرض توزیع مدول برشی که با یک معادله درجه دوم مطابقت دارد (یعنی ?(?) = ?? + ?? + ??2) گنجانده می شود. معادله دیفرانسیل حاکم (GDE) یک بخش شمع دایره ای منفرد غیر یکنواخت مشتق شده و با استفاده از روش تبدیل دیفرانسیل (DTM) حل شده است. سپس، ماتریس سختی قطعه با اعمال شرایط تعادل و سازگاری در انتهای عنصر پیدا می‌شود. تجزیه و تحلیل شمع های غیر یکنواخت در خاک های چند لایه با تقسیم شمع به بخش های متعدد (به عنوان مثال، هر بخش نشان دهنده تغییر در خواص خاک یا هندسه شمع) و سپس مونتاژ آنها با استفاده از روش های ماتریس کلاسیک انجام می شود. فرمول ماتریس پیشنهادی برای پیاده سازی ساده است، به راحتی در کدهای تحلیل ماتریس ساختاری موجود گنجانده می شود و در مقایسه با راه حل های تحلیلی و عددی دست و پا گیرتر، نتایج دقیقی را ارائه می دهد. سادگی، عملی بودن و دقت روش با پنج مثال گویا تایید شده است.
توجه! این متن ترجمه ماشینی بوده و توسط مترجمین ای ترجمه، ترجمه نشده است.
Abstract
A new method for the torsional analysis of non-uniform circular piles partially or fully embedded in multilayered elastic soils is developed. The mechanical response of non-uniform piles such as those with a linear variation in cross-section (i.e., tapered piles) or discontinuous variations (i.e., stepped piles), and reacting against a non-homogeneous elastic soil can be easily investigated with the proposed formulation. The nonhomogeneity of the soil is incorporated by assuming a shear modulus distribution that fits a quadratic equation (i.e., ?(?) = ?? + ?? + ??2 ). The governing differential equation (GDE) of a single non-uniform circular pile segment is derived and solved using the differential transformation method (DTM); then, the stiffness matrix of the segment is found by applying equilibrium and compatibility conditions at the ends of the element. The analysis of non-uniform piles in multi-layered soils is conducted by dividing the pile into multiple segments (i.e., each segment representing a change in soil properties or pile geometry) and then assembling them using classic matrix methods. The proposed matrix formulation is simple to implement, easy to incorporate into already available structural matrix analysis codes and provides accurate results when compared with more cumbersome analytical and numerical solutions. The simplicity, practicality and accuracy of the method is validated with five illustrative examples.
Introduction
Non-uniform cross-section piles such as tapered and stepped piles are commonly used in many geotechnical applications because they provide higher compressive axial, lateral and torsional capacities than cylindrical piles [1–6]. Thus, because of the taper angle, they also provide a more efficient drivability performance during construction [7,8]. Piles are usually designed to resist large lateral and torsional loads such as those resulting from accidental collisions, environmental loads (i.e., wind and wave loads in offshore structures), earthquake-induced loads, lateral soil movement loads, etc. The superiority in capacity of tapered and stepped piles over cylindrical ones of the same length and volume are due to the larger cross-sectional area at the upper portion of the pile (i.e., higher stiffness).
Conclusions
A new matrix method to investigate the torsional response of nonuniform circular piles in multi-layered non-homogeneous elastic soils was derived and presented in detail. The analysis of prismatic, tapered and stepped piles partially or fully embedded in multi-layered soils can be easily conducted in a simple manner with the proposed formulation - a difficult and cumbersome endeavor when using available analytical and numerical methods. The matrix formulation proposed herein can be easily implemented into already available structural matrix analysis codes. The proposed method is of great practical interest to practitioners, who lack of simple and accurate models to analyze complex problems of torsionally loaded piles.