Foundation plays a significant role in safe and efficient turbo machinery operation. Turbo machineries generate harmonic load on the foundation due to their high speed rotating motion which causes vibration in the machinery, foundation and soil beneath the foundation. The problems caused by vibration get multiplied if the soil is poor. An improperly designed machine foundation increases the vibration and reduces machinery health leading to frequent maintenance. Hence it is very important to study the soil structure interaction and effect of machine vibration on the foundation during turbo machinery operation in the design stage itself. The present work studies the effect of harmonic load due to machine operation along with earthquake loading on the frame foundation for poor soil conditions. Various alternative foundations like rafts, barrette, batter pile and combinations of barrettes with batter pile are analyzed to study the improvements in the vibration patterns. Detailed computational analysis was carried out in SAP 2000 software; the numerical model was analyzed and compared with the shaking table experiment results. The numerical results are found to be closely matching with the experimental data which confirms the accuracy of the numerical model predictions. Both shake table and SAP 2000 results reveal that combination of barrette and batter piles with raft are best suitable for poor soil conditions because it reduces the displacement at top deck, bending moment and horizontal displacement of pile and thereby making the foundation more stable under seismic loading.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.1
no.3
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pp.1-10
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1997
It is recognized that the dynamic of a structure is affected by the characteristics of the soil layer and foundation. However the design codes for the seismic design of structures are partially reflecting the caharcteristics of the soil layers due to the inherent complexity of them and the lack of systematic study results for the foundation-soil system, and leading to unconservative or too conservative results. In this study, the kinematic interaction effects of foundation-soil system was investigated for the seismic analyses of structures estimating the effects of the shear wave velocity, the depth of the soil layer, the embedment of a foundation and pile foundation, and the modified classification criteria of soil layers are proposed for the reasonable seismic analyses of structures considering the characteristics of soil layers and foundations. For the embedded medium or large foundations (including pile foundations), at least 60m soil layer below the foundation should be considered for the seismic analyses of structures to tate into account the kinematic interaction effects of the foundation-soil system, and also the rocking motion of foundation-soil system with or without piles should be included in the seismic analyses of structures.
The Disturbed State Concept (DSC) model, with simplified unloading/reloading formulation, is implemented in a nonlinear dynamic finite element program fur porous media named DSC_DYN2D. In this research, the DSC constitutive model is utilized using the HiSS model for relative intact (RI) part and the critical state model for the fully adjusted (FA) part in the material. The general formulation for implementation is developed. The cyclic loading tests from the field load test data on a pile segment were numerically simulated using the finite element program DSC_DYN2D and compared with field measurements and those from the previous analysis with the HiSS model. The DSC predictions show improved agreement with the field behavior of the pile compared to those from the HiSS model. Overall, the computer procedure with the DSC model allows improved and realistic simulation of the complex dynamic soil-structure interaction problems.
Model tests in calibration chamber with open -ended steel pipe pile have been performed in sand deposit to clarify effect of soil plug on bearing capacity, load transfer mechanisms in soil plug, and behavior of soil plug under dynamic and static conditions. Model piles were devised so that bearing capacity of open -ended pile could be measured separately into outside skin friction, inside skin friction due to soil plug -pile interaction and end bearing force on the section of steel pipe pile. It may be concluded, form the test results, that the plugging level of open -ended pile is more correctily defined by specific recovery ratio, y, rather than by plug length ratio, PLR, and the major part of inside skin friction is generated within the range of three times as long as the inner diameter of the pile from the pile tip. The ratio of inside skin friction to total bearing capacity is much larger than that of outside skin friction to total bearing capacity. Therefore, the bearing capacity of pile could not be well predicted, unless the inside skin friction is properly taken into account.
In this paper, a comprehensive investigation of the dynamic response of a long-bridge subjected to spatially varying earthquake ground motions (SVEGM) is performed based on a proposed analytical model which includes the effect of soil-structure interaction (SSI). The spatial variability of ground motions is simulated by the powerful record generator, SIMQKE II. Modeling of the SSI in the system is simplified by replacing the pile foundations and soil with sets of independent equivalent linear springs and dashpots along the pile groups. One of the most fundamental objectives of this study is to examine how well the proposed model simulates the dynamic response of a bridge system. For this purpose, the baseline data required for the evaluation process is derived from analyzing a 3D numerical model of the bridge system which is validated in this paper. To emphasize the importance of the SVEGM and SSI, bridge responses are also determined for the uniform ground motion and fixed base cases. This study proposing a compatible analytical model concerns the relative importance of the SSI and SVEGM and shows that these effects cannot be neglected in the seismic analysis of long-bridges.
In this study a series of centrifuge tests were carried out in dry sand to analyze the comparison of lateral pile behavior for static loading and dynamic loading condition. In case of static loading condition, the lateral displacement was applied up to 50% of pile diameter by deflection control method. And the input sine wave of 0.1 g~0.4 g amplitude and 1 Hz frequency was applied at the base of the soil box using shaking table for dynamic loading condition. From comparison of experimental static p-y curve obtained from static loading tests with API p-y curves, API p-y curves can predict well within 20% error the ultimate subgrade reaction force of static loading condition. The ultimate subgrade reaction force of experimental dynamic p-y curve is 5 times larger than that of API p-y curves and experimental static p-y curves. Therefore, pseudo-static analysis applied to existing p-y curve for seismic design could greatly underestimate the soil resistance at non-linear domain and cause overly conservative design.
Recently, several studies have been conducted on virtual fixed-point and elastic soil spring methods to simulate the soil-pile interaction in response to spectrum analysis of pile-supported structures. However, the soil spring stiffness has not been properly considered due to the seismic load magnitude, and studies on the response spectrum analysis of pile-supported structures considering this circumstance are inadequate. Therefore, in this study, the response spectrum analysis was performed considering the soil spring stiffness according to the seismic load magnitude, and the dynamic behavior of the pile-supported structure was evaluated by comparing it with existing virtual fixed-point and elastic soil spring methods. Comparing the experiment and analysis, the moment differences occurred up to 117% and 21% in the virtual fixed-point and elastic soil spring models, respectively. Moreover, when the analysis was performed using an API p-y curve considering the soil spring stiffness according to the seismic load magnitude, the moment difference between the experiment and analysis was derived at a maximum of < 4%, and it is the most accurate method to simulate the experimental model response.
Structures such as bridge columns installed on the asymmetric ground such as mountain areas and sloping ground are subject to various loads such as wind, temperature, earthquake, and etc. The pile foundation is generally applied to bridge columns on the asymmetric ground in order to stably support structures. The behavior of the pile foundation supporting bridge columns changes due to various load conditions. In particular, ground-pile-structure interactions should be studied to analyze the behavior of the pile foundation that supports bridge columns effected by dynamic loads such as earthquakes. The pile foundation installed on the asymmetric ground effected by the earthquake has the complicated dynamic interaction between the foundation and the ground due to the ground slope, the difference in soil resistance according to the shaking direction, and the ground movements. In this study, the 1g shaking table tests were conducted to confirm the effect of the slope of the sloping ground on the dynamic behavior of group piles supporting the superstructure installed at the berm of the sloping sandy soil which is the asymmetric ground. The result shows that the acceleration of the pile cap and the superstructure decrease as the slope of the sloping ground increase, and the slope of the dynamic p-y curve of the pile decrease.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.3
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pp.295-308
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2004
In this study, several Soil-Structure-Interaction (SSI) analyses were performed using the developed FE-BE coupling method and the seismic response behavior of the structure's systems was determined. For the verification of the fundamental solution which is used in this analysis method, a dynamic analysis of the homogeneous ground was performed and it was compared to the results of Estorff et al. In order to verify the seismic response analysis, the results are compared with those of another commercial code. Several kindd of SSI analyses were performed and the seismic response associated with the rile foundation, seismic waves and a consideration of the ground nonlinearity were determined. As a result, it was found that the pile foundations didn't greatly helpful during the seismic event.
Recently it is recognized that the effects of structure-soil interaction(SSI) on the response of structures are important in the dynamic analysis of structures. In this study, theoretical and experimental investigations were performed to study the SSI effects(mainly inertial interaction) on the dynamic response of buildings utilizing the finite element foumulation. Theoretical studies were performed with two idealized buildings(stubby one and slender one) built on the homogeneous soil layer and having the small embedment ratio. Experimental investigations were also carried out for two buildings built on the pile foundation in Mexico City, experienced the 1985 Earthquake. The results of this study show that the SSI effects are significant on the response of structures due to the change of fundamental frequency and effective damping ratio, and that it is necessary to include the SSI effects on the dynamic analysis of structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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