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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: An impedance-matrix coupling scheme for arbitrarily-shaped structures supported by pile groups : Método de acoplamento de matrizes de impedância para estruturas estaqueadas
Title Alternative: Método de acoplamento de matrizes de impedância para estruturas estaqueadas
Author: Vasconcelos, Ana Carolina Azevedo, 1995-
Advisor: Labaki, Josué, 1982-
Abstract: Resumo: Modelos numéricos de um grupo de estacas conectadas por estruturas flexíveis são componentes fundamentais para muitas análises de interação dinâmica solo-estrutura. Para a representação do grupo de estacas instalado no solo, muitos trabalhos consideram soluções discretas com o intuito de reduzir a complexidade do modelo. Já outros propõem formulações mais rigorosas que tratam a matriz de rigidez da camada de solo de forma exata, como é o caso do método da matriz de rigidez ou impedância (MMR). Embora este método resulte em um alto custo computacional, não há um limite para a espessura das camadas e para o valor da frequência, diferentemente das soluções discretas, nas quais certos critérios devem ser satisfeitos para garantir a convergência do resultado. Neste trabalho, o MMR é empregado para a análise dinâmica de grupos de estaca de grande escala instalados em um solo estratificado viscoelástico sujeito a cargas externas. Para modelar as estacas as equações de viga são utilizadas, enquanto que funções de Green para um meio estratificado são aplicadas para representar o campo de deslocamento devido às cargas associadas com as trações na interface estaca-solo, as quais são utilizadas na definição da matriz de flexibilidade do solo. Os termos desta matriz são integrais impróprias que requerem um esquema apropriado para avaliação numérica e, tipicamente, resultam em um alto custo computacional. Dois tipos de condições de acoplamento para grupos de estaca podem ser incorporados nesta matriz. Isto permite que as análises considerem a condição de acoplamento com menor custo computacional, sem perda da consistência física do modelo. Para a estrutura flexível suportada pelo grupo de estacas, um elemento finito linear e viscoelástico de 8 nós é considerado. O acoplamento entre os dois sistemas é obtido pelas equações de equilíbrio e de compatibilidade cinemática. Ferramentas computacionais modernas empregadas na presente implementação permitem não apenas que um grupo grande de estacas seja modelado, mas também um número quase arbitrário de camadas de solo e frequências de excitação, que ampliam consideravelmente as capacidades de modelagem desta formulação

Abstract: Numerical models of pile groups connected by flexible structures are fundamental components of many dynamic soil-structure interaction analyses. For the representation of the pile group embedded in a soil, most works consider discrete solutions for both systems in order to reduce the complexity of the model. Others propose more rigorous formulations that treat the stiffness matrix of the layer exactly, such as the Stiffness or Impedance Matrix Method (SMM). Although this method resulting in a higher computational cost, there is no limitation to the thickness of the layers and to the frequency value, differently from discrete solutions, in which certain criteria must be satisfied in order to ensure the convergence of results. In this research, the SMM is used for dynamic analysis of large-scale pile groups embedded in a viscoelastic layered soil under external loading. Beam equations are used for modeling the piles, whereas Green's functions for layered media are applied to represent the displacement field due to the loads associated with pile-soil interface tractions, which is used to define the flexibility matrix of the soil. The terms of this matrix are improper integrals that require an appropriate scheme of numerical evaluation and, typically, resulting in a high computational cost. Two kinds of coupling conditions for embedded pile groups can be incorporated into this matrix, which enables analyses to consider the coupling condition with the lowest computational cost, without loss of physical consistency of the model. For the flexible structure supported by the pile group, a linear viscoelastic 8-noded hexahedral finite element is considered. The coupling between the two systems is obtained by kinematic compatibility and equilibrium equations. Modern computing tools incorporated into the present implementation enable not only massively large pile groups to be modeled, but a nearly arbitrary number of soil layers and excitation frequencies to be considered, which extend the modeling capabilities of the formulation considerably
Subject: Interação solo-estrutura
Fundações (Engenharia)
Dinâmica do solo
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: VASCONCELOS, Ana Carolina Azevedo. An impedance-matrix coupling scheme for arbitrarily-shaped structures supported by pile groups: Método de acoplamento de matrizes de impedância para estruturas estaqueadas. 2019. 1 recurso online (105 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP.
Date Issue: 2019
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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