Nonlinear Dynamic Analysis of Lateral Soil Pile Structure Interaction via the Continuum Modeling Approach

Abstract

Structures equipped with semi-active Tuned Mass Damper (STMD) have recently become popular because of the high efficiency attained against lateral loading. Although it is easy to use, the search for the optimized STMD parameters to mitigate the dynamic response of structures founded on deep foundations is usually complicated. The search for accurate soil-pile-structure interaction (SPSI) estimation has a greater impact on the STMD configuration. The use of lateral load-displacement curves (p-y curves) recommended in the American Petroleum Institute (API) guideline is typically used as a design approach for soil-pile-structure interaction analysis due to its simplicity. The soil-pile-structure interface has two separate parts of interaction; kinematic and inertial interaction. Both types of interaction must be accurately measured for structures with dampers to determine the optimal parameters for design. For structures equipped with semi-active tuned mass dampers (STMD) on a deep foundation, the determination of the optimal STMD characteristics is completely related to the dynamic behavior of the structure. Therefore, in this study, the accuracy of the general p-y equation for buildings with STMD having a short period on deep foundations is first evaluated. Then, the three-dimensional continuum method (finite element method) is used and the general p-y equation is updated to provide compatibility.

ÖZ: Yarı aktif Ayarlı Kütle Sönümleyicisi (STMD) ile donatılmış yapılar, yanal yüklemeye karşı elde edilen yüksek verim nedeniyle son zamanlarda popüler hale gelmiştir. Kullanımı kolay olmasına rağmen, derin temeller üzerine kurulmuş yapıların dinamik tepkisini azaltmak için optimize edilmiş STMD parametrelerinin araştırılması genellikle karmaşıktır. Doğru zemin-kazık-yapı etkileşimi (SPSI) tahmini arayışı, STMD konfigürasyonu üzerinde daha büyük bir etkiye sahiptir. Amerikan Petrol Enstitüsü (API) kılavuzunda önerilen yanal yük-deplasman eğrilerinin (p-y eğrileri) kullanımı, basitliği nedeniyle tipik olarak zemin-kazık-yapı etkileşim analizi için bir tasarım yaklaşımı olarak kullanılır. Zemin-kazık-yapı arayüzünün iki ayrı etkileşim kısmı vardır; kinematik ve eylemsizlik etkileşimi. Tasarım için en uygun parametreleri belirlemek için damperli yapılar için her iki etkileşim türü de doğru bir şekilde ölçülmelidir. Derin bir temel üzerinde yarı aktif ayarlı kütle damperleri (STMD) ile donatılmış yapılar için, optimal STMD özelliklerinin belirlenmesi tamamen yapının dinamik davranışı ile ilgilidir. Bu nedenle bu çalışmada, öncelikle derin temellerde kısa periyodu olan STMD'li binalar için genel p-y denkleminin doğruluğu değerlendirilmiştir. Daha sonra üç boyutlu süreklilik yöntemi (sonlu elemanlar yöntemi) kullanılmış ve genel p-y denklemi uyumluluğu sağlayacak şekilde güncellenmiştir.