전면기초의 설계 방법은 사용되는 가정에 따라 강성법과 연성법으로 구분된다. 강성법에서는 전면기초가 무한 강체이며 기초저면의 접지압 분포를 평면형으로 가정한다. 그러나 실제 기초는 강체가 아니므로 접지압이 평면형이 아닌 곡면형인 경우가 대부분으로, 강성법를 적용하는 것은 정밀한 해석이 될 수 없으며 발생되는 오차를 감수해야 한다. 한편, 연성법에서는 전면기초를 탄성지반 위에 놓인 판으로 생각하는데, 이 탄성판이론은 탄성지반 위에 무한 폭을 가진 평판에 집중하중이 작용하는 경우에 해당한다. 그런데 연성법에 의해 구하려는 모멘트, 전단력, 처짐 함수식은 매우 복잡하여 설계자가 이용하는데 많은 어려움이 있다. 또한 구조물 기초설계기준에서 복잡한 수식대신 설계를 위해 제공되는 그래프는 최대모멘트나 최대전단력을 나타내는 위험단면에서 그 함수값을 포함하고 있지 않아 이를 활용할 수 없다. 따라서, 본 연구에서는 연성법을 설계자가 보다 쉽게 이용하기 위해 회귀분석을 통하여 모멘트와 전단력, 처짐의 단순화된 함수식을 제안하였으며, 제안된 함수식들은 매우 단순화되어 활용하기 쉽고 매우 정확한 값을 제공하고 있다.
A two dimensional model of linearly elastic soil spring used for the settlement analysis of the flexible mat foundation is suggested in this study. The spring constants of the soils underneath the foundation were modeled assuming uniformly vertical load applied onto the foundation. The soil spring constants were back calculated using the three-dimensional finite element analysis with Midas GTS NX program. Variation of the soil spring constants was modeled as a two-dimensional polynomial function in terms of the normalized spatial distances between the center of foundation and the analytical points. The Lysmer's analog spring for soils underneath the rigid foundation was adopted and calibrated for the flexible foundation. For validations, the newly proposed soil spring model was incorporated into a two dimensional finite difference analysis for a square mat foundation at the surface of an elastic half-space consisting of soft clays. Comparative study was made for elastic soils where the shear wave velocity is 120~180 m/s and the Poisson's ratio varies at 0.3~0.5. The resulting foundation settlements from the two dimensional finite difference analysis with the proposed soil springs were found in good agreement with those obtained directly from three dimensional finite element analyses. Details of the applications and limitations of the modified Lysmer's analog springs were discussed in this study.
An elasto-dynamic model for pile-soil-pile interaction together with a simple plate model is used in this study to assess the effect of flexible foundation slabs on the dynamic response of pile groups. To this end, different pile configurations with various slab thicknessesare considered in two soil media with low and high elastic moduli. The analyses include dynamic impedances and seismic responses of pile-group foundations. The presented results indicate that the stiffness and damping of pile foundations increase with thickness of the foundation slab; however, the results approach those for rigid slab as the slab thickness approaches twice the pile diameter for the cases considered in this study. The results also reveal that pile foundations with flexible slabs may amplify the earthquake motions by as much as 10 percent in the low to intermediate frequency ranges.
The subgrade reaction modulus of a large mat foundation was investigated by using a numerical analysis and a field case study. The emphasis was on quantifying the appropriate method for determining the subgrade reaction modulus for the design of a flexible mat foundation. A series of 3D non-linear FE analyses are conducted with special attention given to the subgrade reaction modulus under various conditions, such as the mat width, mat shape, mat thickness, and soil condition. It is shown that the distribution of the subgrade reaction modulus is non-uniform and that the modulus of subgrade reaction at both the corners and edges should be stiffer than that at the center. Based on the results obtained, a simple modification factor for the subgrade reaction modulus is proposed depending on the relative positions within the foundation in weathered soil and rocks.
실무에서 교량 교각의 내진해석을 수행할 때 계산의 편의와 보수적인 설계를 위하여 기초의 연성을 고려하지 않고 지반면을 고정단으로 가정하여 해석하는 경우가 많다. 이러한 고정단 모델은 대부분의 경우 설계력 측면에서 매우 보수적인 결과를 주므로, 최근 기초의 연성을 고려하여 현실적으로 교각 기초를 모델링하려는 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 기초연성의 모델링 방법, 입력응답스펙트럼의 종류 그리고 지반조건을 달리하여 응답스펙트럼 해석을 수행하였다. 수치해석을 통하여 교각에 발생하는 전단력, 모멘트 그리고 변위를 비교하여 기초의 연성을 고려하는 기법과 지반 및 지진파 특성들이 해석결과에 미치는 영향을 분석하였다. 대부분의 경우 고정단 모델에서 큰 전단력과 모멘트가 발생하였지만, 연약 점성토층에 장주기 지진파가 작용하는 특수한 경우에는 기초의 연성을 고려한 모델에서 고정단 모델보다 큰 전단력과 모멘트가 발생하였다. 또한 기초의 연성을 고려하는 여러 모델들의 해석결과를 지반-구조물 동적 상호작용을 고려한 정밀 동해석 결과와 비교하여 그들의 적용성을 평가하였다.
The use of a skirt, a vertical projection attached to the footing, is a recently developed method to increase the bearing capacity of soils and reduce foundation settlements. Most of the studies were focused on vertical skirted circular footings resting on clay while neglecting the rigidity and inclination of skirts. This study employs finite element limit analysis to investigate the bearing capacity enhancement of flexible and rigid inclined skirts in cohesionless soils. The results indicate that the bearing capacity initially improves with an increase in the skirt inclination but subsequently decreases for both flexible and rigid skirts. However, the rigid skirt exhibits more apparent optimum skirt inclination and bearing capacity enhancement than the flexible one, owing to differences in their failure mechanisms. Furthermore, the bearing capacity of the inclined skirted foundation increases with the skirt length, footing depth, and internal friction angle of the soil. In the case of rigid skirts, the bearing capacity increases linearly with skirt length, while for flexible skirts, it reaches a stable value at a certain skirt length. The efficiency of the flexible footing reduces as the footing depth and soil internal friction angle increase. Conversely, the efficiency of the rigid skirt decreases only with an increase in the depth of the footing. The paper also presents a detailed analysis of various failure patterns, highlighting the behaviour of inclined skirted footings. Additionally, nonlinear regression equations are provided to quantify and predict the bearing capacity enhancement with the inclined skirts.
Equations of motion of an engine mount system including foundation flexibility are derived. Forced vibration analysis is carried out for the given engine mount system excited with the unbalanced force and moment. A new optimal design method for the engine mount system is proposed, in which vibration characteristics of the chassis frame structure are considered as design parameters.
In cruise ships, it is inevitable to arrange the cabins near by the noisy areas, such as ventilation fan, HVAC machinery and funnel casing etc. The noise is propagated to the cabins by way of mount, foundation and deck. The transmitted noise to cabin is affected by mount and foundation structure. It is well-known that most of the structure-borne noise can be reduced by the flexible mount. However, when the foundation of machinery is designed inappropriately, it can make noise problems in cabins. In this paper, the effect of foundation on noise reduction is studied through the numerical analysis and mock up test. The dynamic performance of foundation is investigated from the viewpoint of the impedance and noise reduction in cabin.
El Abbas, Nadia;Khamlichi, Abdellatif;Bezzazi, Mohammed
Coupled systems mechanics
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제5권4호
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pp.285-304
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2016
The effects of large rotations and p-delta on the dynamic response of a structure subjected to seismic loading and local uplift of its foundation were analyzed in this work. The structure was modeled by an equivalent flexible mat mounted on a rigid foundation that is supported either by a Winkler soil type or a rigid soil. The equations of motion of the system were derived by taking into account the equilibrium of the coupled foundation-mat system where the structure was idealized as a single-degree-of-freedom. The obtained nonlinear coupled system of ordinary differential equations was integrated by using an adequate numerical scheme. A parametric study was performed then in order to evaluate the maximum response of the system as function of the intensity of the earthquake, the slenderness of the structure, the ratio of the mass of the foundation to the mass of the structure. Three cases were considered: (i) local uplift of foundation under large rotation with the p-delta effect, (ii) local uplift of foundation under large rotation without including the p-delta effect, (iii) local uplift of foundation under small rotation. It was found that, in the considered ranges of parameters and for moderate earthquakes, assuming small rotation of foundation under seismic loading can yield more adverse structural response, while the p-delta effect has almost no effect.
A mathematical model for the nonlinear dynamics of a rotating beam with flexible root attached to a rotating hub with elastic foundation is developed. The model is developed based on the large planar and flexural deformation theory and the potential energy method to account for axial shortening due to bending deformation. In addition the exact nonlinear curvature is used in the system potential energy. The Lagrangian dynamics and the assumed mode method is used to derive the nonlinear coupled equations of motion hub rotation, beam tip deflection and hub horizontal and vertical displacements. The derived nonlinear model is simulated numerically and the results are presented and discussed for the effect of root flexibility, hub stiffness, torque type, torque period and excitation frequency and amplitude on the dynamic behavior of the rotating beam-hub and on its stability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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