modellering af jord-struktur-interaktion i jordskælvsanalyser for izmit bay bridge
TRANSCRIPT
1
Dansk Geoteknisk forening, 12. september 2013
Artikler fra ICSMGE 2013
Modelling of soil-structure interaction for seismic analyses of the Izmit Bay Bridge Modellering af jord-struktur-interaktion i jordskælvsanalyser for Izmit Bay Bridge
Jakob Hausgaard Lyngs, Thomas Kasper, Kristian Bertelsen
COWI A/S
Agenda
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 2
Izmit Bay Bridge
Designstrategi for tårnfundamenter
Modelling af jord-struktur-interaktion
Konklusion
Spørgsmål
Seismisk risiko
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 3
Izmit Bay Bridge
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 4
Izmit Bay Bridge
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 5
Izmit Bay Bridge
1550 m
566 m
566 m
252 m
40 m MSL
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 6
› Nordtårn
Tårnfundamenter
Sand
Firm to stiff clay
Sand
Stiff to hard clay
-40.0
-43.0
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 7
› Sydtårn
Tårnfundamenter
Sand
Soft to firm clay
Sand
Stiff clay
-40.0
-43.0
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 8
› Høj seismisk aktivitet
› North Anatolian Fault
Seismisk risiko
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 9
Seismisk risiko
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 10
› Functional Evaluation Earthquake (FEE)
› TR = 150 år
› PGAklippe = 0,25 g
› Minimal skade, fuld brugbarhed
› Safety Evaluation Earthquake (SEE)
› TR = 1000 år
› PGAklippe = 0,65 g
› Begrænset skade, kan repareres
› No Collapse Earthquake (NCE)
› TR = 2475 år
› PGAklippe = 0,87 g
› Stor strukturel skade tilladt, men intet kollaps
Seismiske design kriterier
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 11
› Lad os gøre noget (næsten) nyt!
› "Base isolation" system for pylonfundamenterne
› Projektreference: Rion-Antirion skråstagsbro i Grækenland
› Caissoner ovenpå en gruspude, jord forstærket med stålpæle.
› Ingen strukturel forbindelse mellem caisson og pæle
› Tillader (begrænset) løftning og glidning
› Mindsker kræfter i strukturen
Seismisk designkoncept
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 12
› Nordtårn
Tårnfundamenter
Sand
Firm to stiff clay
Sand
Stiff to hard clay
-40.0
-43.0
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 13
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 14
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 15
Ikke en helt almindelig dag på kontoret…
› Detailed design-eftervisning med tidsdomæneanalyser "standard": frekvensdomæne
› Tillad et "svagt led" in jord-struktur-interfacet, med styrke afhængig af vertikalspændingen standard: ingen plastisk deformation
› Beregning af spændingsfordeling under caissonerne i hvert tidsstep, i IBDAS modellen standard: kun verifikation af enkelte pseudo-statiske lasttilfælde, i separat model
Jord-struktur-interaktion, modellering
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 16
› Globalmodel i IBDAS
› Tidsdomæne, 7 forskellige tidsserier af flytninger for hvert designkriterium
› Modellering af jord-struktur-interaktion med fordelte fjedre og dæmpere
› Avanceret model, men dog implementerbar i design!
Beregningsmodel
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 17
› "Standard" procedure:
› 6x6 lineære stivheds- og dæmpningsmatricer
› Visko-lineær Kan ikke modellere plastisk deformation
› Bundplade skal antages stiv ingen beregning af spændinger
Jord-struktur-interaktion – implementering 1
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 18
› Fordelte fjedre
› Ikke-lineære, hysteretiske vandrette fjedre
› Lodret gapping element (ingen trækspænding)
Jord-struktur-interaktion – implementering 2
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 19
› Hysteretisk opførsel, extended Masing rule
› Fmax afhængig af lokal vertikalkraft
› 2D-opførsel modelleret med i alt 8 fjedre
Jord-struktur-interaktion – implementering 3
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 20
› Lokal-respons i Abaqus og IBDAS for varierende vertikal last
Kalibrering af "grusfjedre"
0
50
100
150
200
250
300
0 0.05 0.1 0.15 0.2
Foundation s
hear
str
ess [
kPa]
Horizontal foundation displacement [m]
100 kPa
200 kPa
400 kPa
fit 100 kPa
fit 200 kPa
fit 400 kPa
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 21
› Global-respons i Plaxis og IBDAS
Kalibrering af "jordfjedre"
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
-0.50-0.40-0.30-0.20-0.100.00
Horizonta
l lo
ad [
MN
]
Horizontal displacement [m]
PLAXIS NT, 930 MNPLAXIS NT, 830 MNPLAXIS NT, 730 MNIBDAS NT, 930 MNIBDAS NT, 830 MNIBDAS NT, 730 MN
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 22
Simulering
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 23
› Meget data!
› Gennemsnit af 7 tidshistorier
Resultater - 1
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 24
› NCE flytninger
› Totale
› Relative i interfacet
Resultater - 2
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 25
› Hysterese i fjedre under NCE-jordskælv
Resultater - 3
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 26
› Lineær model prøvet til sammenligning
› Større moment end den ikke-lineære model (NCE)
› Nordtårn: 13%
› Sydtårn: 46%
Resultater - 4 Nordtårn
-3000 -2000 -1000 0 1000 2000 30000
50
100
150
200
250
Moment around bridge transverse axis MY [MNm]
Ele
vati
on
[m
TU
DK
A]
Reference
Linear
-4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 40000
50
100
150
200
250
Moment around bridge transverse axis MY [MNm]
Ele
vati
on
[m
TU
DK
A]
Reference
Linear
Sydtårn
› Detailed design ved hjælp af tidshistorier
› Udnyttelse af begrænset plasticitet i jord-struktur-interfacet
› Begrænsning af påvirkning af strukturen
› Global model effektivt design
› Lyngs, Kasper and Bertelsen (2013): Modelling of soil-structure interaction for seismic analyses of the Izmit Bay Bridge. Proceedings of the 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris 2013
Konklusion
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 27
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 28
Og der bygges…
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 29
12. SEPTEMBER 2013
DGF, IZMIT BAY BRIDGE 30
Spørgsmål?