Modellering af jord-struktur-interaktion i jordskælvsanalyser for Izmit Bay Bridge

Transkript

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 1

2 Agenda Izmit Bay Bridge Seismisk risiko Designstrategi for tårnfundamenter Modelling af jord-struktur-interaktion Konklusion Spørgsmål 2

3 Izmit Bay Bridge 3

4 Izmit Bay Bridge 4

5 Izmit Bay Bridge 566 m 252 m 40 m MSL 1550 m 566 m 5

6 Tårnfundamenter Nordtårn Sand Firm to stiff clay Sand Stiff to hard clay 6

7 Tårnfundamenter Sydtårn Soft to firm clay Sand Stiff clay Sand 7

8 Seismisk risiko Høj seismisk aktivitet North Anatolian Fault 8

9 Seismisk risiko 9

10 Seismiske design kriterier Functional Evaluation Earthquake (FEE) T R = 150 år PGA klippe = 0,25 g Minimal skade, fuld brugbarhed Safety Evaluation Earthquake (SEE) T R = 1000 år PGA klippe = 0,65 g Begrænset skade, kan repareres No Collapse Earthquake (NCE) T R = 2475 år PGA klippe = 0,87 g Stor strukturel skade tilladt, men intet kollaps 10

11 Seismisk designkoncept 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 11

12 Tårnfundamenter Nordtårn Sand Firm to stiff clay Sand Stiff to hard clay 12

13 13

14 14

15 Jord-struktur-interaktion, modellering 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 15

16 Beregningsmodel 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! 16

17 Jord-struktur-interaktion implementering 1 "Standard" procedure: 6x6 lineære stivheds- og dæmpningsmatricer Visko-lineær Kan ikke modellere plastisk deformation Bundplade skal antages stiv ingen beregning af spændinger 17

18 Jord-struktur-interaktion implementering 2 Fordelte fjedre Ikke-lineære, hysteretiske vandrette fjedre Lodret gapping element (ingen trækspænding) 18

19 Jord-struktur-interaktion implementering 3 Hysteretisk opførsel, extended Masing rule F max afhængig af lokal vertikalkraft 2D-opførsel modelleret med i alt 8 fjedre 19

20 Foundation shear stress [kpa] Kalibrering af "grusfjedre" Lokal-respons i Abaqus og IBDAS for varierende vertikal last kpa 200 kpa 400 kpa fit 100 kpa fit 200 kpa fit 400 kpa 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 Horizontal foundation displacement [m] 20

21 Horizontal load [MN] Kalibrering af "jordfjedre" Global-respons i Plaxis og IBDAS PLAXIS NT, 930 MN PLAXIS NT, 830 MN PLAXIS NT, 730 MN IBDAS NT, 930 MN IBDAS NT, 830 MN IBDAS NT, 730 MN ,00-0,10-0,20-0,30-0,40-0,50 Horizontal displacement [m] 21

22 Simulering 22

23 Resultater - 1 Meget data! Gennemsnit af 7 tidshistorier 23

24 Resultater - 2 NCE flytninger Totale Relative i interfacet 24

25 Resultater - 3 Hysterese i fjedre under NCE-jordskælv 25

26 Elevation [m TUDKA] Elevation [m TUDKA] Resultater Nordtårn Lineær model prøvet til sammenligning Større moment end den ikkelineære model (NCE) Nordtårn: 13% Sydtårn: 46% 50 Reference Linear Moment around bridge transverse axis MY [MNm] 250 Sydtårn Reference Linear Moment around bridge transverse axis MY [MNm]

27 Konklusion 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 18 th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris

28 28

29 Og der bygges 29

30 Spørgsmål? 30