The study deals with physical modeling of a typical building frame resting on pile raft foundation and embedded in cohesive soil mass using finite element based software ETABS. Both- the elements of superstructure and substructure (i.e., foundation) including soil is assumed to remain in elastic state at all the time. The raft is modelled as a thin plate and the pile and soils are treated as interactive springs. Both- the resistance of the piles as well as that of raft base - are incorporated into the model. Interactions between raft-soil-pile are computed. The proposed method makes it possible to solve the problems of uniformly and large non-uniformly arranged piled rafts in a time saving way using finite element based software ETABS. The effect of the various parameters of the pile raft foundation such as thickness of raft and pile diameter is evaluated on the response of superstructure. The response included the displacement at the top of the frame and bending moment in columns. The soil-structure interaction effect is found to increase displacement and increase the absolute maximum positive and negative moments. The effect of the soil- structure interaction is observed to be significant for the type of foundation and soil considered in the present study.
Load tests for ten small-scale foundation models combined with geotextile and sand mat were conducted to study the effect of geotextile, sand mat, and foundation types on deformation of foundation soils. In addition, the experimental results were compared with those obtained from numerical analysis using a software program. The main conclusions were summarized as follows : 1. The restraint effect on GIT is more outstanding on the lateral displacement than on the vertical one. 2. The only use of SIM has better effect for the restraint of lateral displacement than vertical ogle. 3. The use of both SIM and GIT are required for the restraint of lateral and vertical displacement.
Chen-yu Lv;Yuan-cheng Guo;Yong-hui Li;An-di Hu-yan;Wen-min Yao
Geomechanics and Engineering
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v.33
no.4
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pp.341-352
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2023
Long-short pile composite foundations bear both vertical and horizontal loads in many engineering applications. This study used indoor model tests to determine the horizontal bearing mechanism of a composite foundation with long and short piles under horizontal loads. A custom experimental device was developed to prevent excessive eccentricity of the vertical loading device caused by the horizontal displacement. ABAQUS software was used to analyze the influence of the load size and cushion thickness on the horizontal bearing mechanism. The results reveal that a large vertical load leads to soil densification and increases the horizontal bearing capacity of the composite foundation. The magnitude of the horizontal displacement of the pile and the horizontal load borne by the pile are related to the piles' positions. Due to different pile lengths, the long piles exhibit long pile effects and experience bending deformation, whereas the short piles rotate around a point (0.2 L from the pile bottom) as the horizontal load increases. Selecting a larger cushion thickness significantly improves the horizontal load sharing capacity of the soil and reduces the horizontal displacement of the pile top.
The spatially coupled buckling, in-plane, and lateral bucking analyses of thin-walled Timoshenko curved beam with non-symmetric, double-, and mono-symmetric cross-sections resting on elastic foundation are performed based on series solutions. The stiffness matrices are derived rigorously using the homogeneous form of the simultaneous ordinary differential equations. The present beam formulation includes the mechanical characteristics such as the non-symmetric cross-section, the thickness-curvature effect, the shear effects due to bending and restrained warping, the second-order terms of semitangential rotation, the Wagner effect, and the foundation effects. The equilibrium equations and force-deformation relationships are derived from the energy principle and expressions for displacement parameters are derived based on power series expansions of displacement components. Finally the element stiffness matrix is determined using force-deformation relationships. In order to verify the accuracy and validity of this study, the numerical solutions by the proposed method are presented and compared with the finite element solutions using the classical isoparametric curved beam elements and other researchers' analytical solutions.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.44
no.1
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pp.142-154
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2002
This study was performed to investigate constraint effects of deformation (heaving, lateral displacement) of clayey foundation reinforced with sheet pile at the tip of banking on soft ground, under intact state (natural) and the state of vertical drain respectively. The following results are obtained. 1. In view of reduction in heaving or lateral displacement, sheet pile is not supposed to be of use. 2. Sheet pile is effective only when vertical drain is installed for acceleration of consolidation and gradual loading is applied.
Chen, Xingchong;Zhang, Xiyin;Zhang, Yongliang;Ding, Mingbo;Wang, Yi
Geomechanics and Engineering
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v.20
no.4
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pp.323-331
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2020
Pile foundation is widely used for railway bridges in loess throughout northwestern China. Modeling of the loess-pile interaction is an essential part for seismic analysis of bridge with pile foundation at seismically active regions. A quasi-static test is carried out to investigate the hysteretic behaviors of pile foundation in collapsible loess. The failure characteristics of the bridge pile-loess system under the cyclic lateral loading are summarized. From the test results, the energy dissipation, stiffness degradation and ductility of the pile foundation in loess are analyzed. Therefore, a bilinear model with stiffness degradation is recommended for the nonlinearity of the bridge pier-pile-loess system. It can be found that the stiffness of the bridge pier-pile-loess system decreases quickly in the initial stage, and then becomes more slowly with the increase of the displacement ductility. The equivalent viscous damping ratio is defined as the ratio of the dissipated energy in one cycle of hysteresis curves and increases with the lateral displacement.
This study, analyses the seismic response for a rigid massless square foundation resting on a viscoelastic soil layer limited by rigid bedrock. The foundation is subjected either to externally applied forces or to obliquely incident seismic body or surface harmonic seismic waves P, SV and SH. A 3-D frequency domain BEM formulation in conjunction with the thin layer method (TLM) is adapted here for the solution of elastodynamic problems and used for obtained the seismic response. The mathematical approach is based on the method of integral equations in the frequency domain using the formalism of Green's functions (Kausel and Peck 1982) for layered soil, the impedance functions are calculated by the compatibility condition. In this study, The key step is the characterization of the soil-foundation interaction with the input motion matrix. For each frequency the impedance matrix connects the applied forces to the resulting displacement, and the input motion matrix connects the displacement vector of the foundation to amplitudes of the free field motion. This approach has been applied to analyze the effect of soil-structure interaction on the seismic response of the foundation resting on a viscoelastic soil layer limited by rigid bedrock.
Kim, Dong Kwan;Kim, Ho Soo;Min, Ji Hee;Park, Jin Young
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.4
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pp.165-170
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2024
This study investigated the impact of soil-structure interaction on multi-degree-of-freedom structures using the shallow-foundation Winkler model, known as the BNWF model. The model's period was determined through eigenvalue analysis and compared to results obtained from FEMA's formula. Results indicated that considering the soil, the structure's period increased by up to 8.7% compared to the fixed-base model, aligning with FEMA's calculations. Furthermore, with adequate ground acceleration, roof displacement increased by 3.4% to 3.8%, while base shear decreased by 4% to 10%. However, roof displacement and base shear increased in some earthquake scenarios due to spectral shape effects in regions with extended structural periods. Foundation damping effects, determined through the foundation's moment-rotation history, grew with higher ground acceleration. This suggests that accounting for period elongation and foundation damping can enhance the seismic design of multi-degree-of-freedom structures.
With the wide application of urban subway tunnels, the foundation pits of new stations and existing subway tunnels are becoming increasingly close, and even zero-distance close-fitting construction has taken place. To optimize the construction support scheme, the existing tunnel's vertical displacement is theoretically analyzed using the two-stage analysis method to understand the action mechanism of the construction of zero-distance deep large foundation pits on both sides of the existing stations; a three-dimensional numerical calculation is also performed for further analysis. First, the additional stress field on the existing tunnel caused by the unloading of zero-distance foundation pits on both sides of the tunnel is derived based on the Mindlin stress solution of a semi-infinite elastic body under internal load. Then, considering the existing subway tunnel's joints, shear stiffness, and shear soil deformation effect, the tunnel is regarded as a Timoshenko beam placed on the Kerr foundation; a sixth-order differential control equation of the tunnel under the action of additional stress is subsequently established for solving the vertical displacement of the tunnel. These theoretical calculation results are then compared with the numerical simulation results and monitoring data. Finally, an optimized foundation pit support scheme is obtained considering the pit corner effect and external corner failure mode. The research shows a high consistency between the monitoring data,analytical and numerical solution, and the closer the tunnel is to the foundation pit, the more uplift deformation will occur. The internal corner of the foundation pit can restrain the deformation of the tunnel and the retaining structure, while the external corner can cause local stress concentration on the diaphragm wall. The proposed optimization scheme can effectively reduce construction costs while meeting the safety requirements of foundation pit support structures.
Park, Byong Kee;Chang, Yong Chai;Park, Jong Cheon;Park, Seon Bae
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.12
no.2
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pp.205-215
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1992
Load tests for fourteen small-scale foundation models combined with geotextile, sand mat and rigid mat were conducted to study the effect of geotextile(G/T), sand mat(S/M), and foundation types on deformation of foundation soils. In addition, the experimental results were compared with those obtained from numerical analysis using a software program. The main conclusions were summarized as follows: 1. The restraint effect on G/T is more outstanding on the lateral displacement than on the vertical one. 2. The single use of S/M has better effect on the restraint of vertical displacement than lateral one. 3. The use of both S/M and G/T is required for the restraint of lateral and vertical displacement. 4. Multi-layered foundation with large rigidity shows similar tendency to that of foundation reinforced with S/M and G/T.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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