Rigidly Framed Earth Retaining Structures: Thermal soil structure interaction of buildings supporting unbalanced lateral earth pressures

ساختارهایی که در دامنه تپه‌ها قرار می‌گیرند اغلب چالش‌ها و تعداد محدودی از انتخاب‌های اقتصادی را برای طراحی سایت ایجاد می‌کنند. یک گزینه که گاهی اوقات استفاده می شود، استفاده از قاب ساختمان به عنوان یک عنصر نگهدارنده است که شامل سازه نگهدارنده زمین با قاب سخت (RFERS) است. رابطه بین دما و فشار زمین که بر روی RFERS عمل می‌کند، در این مونوگراف از طریق یک برنامه نظارتی 4.5 ساله از یک ساختار خدماتی با ابزار دقیق بررسی شده است. داده ها نشان داد که ضریب فشار زمین در پشت RFERS نظارت شده یک همبستگی خطی قوی با دما دارد. این مطالعه همچنین نشان داد که چرخه‌های حرارتی، به جای فشار جانبی زمین، علت شکست در بسیاری از عناصر سازه‌ای بوده است.

این کتاب نشان می‌دهد که بسته به سختی نسبی توده خاک باقی‌مانده و سختی ساختاری قاب، فشار جانبی زمین توسعه‌یافته، در طول انبساط حرارتی، می‌تواند به بزرگی‌هایی چندین برابر بزرگ‌تر از اندازه‌های تعیین‌شده با استفاده از تئوری‌های فشار زمین کلاسیک برسد. علاوه بر این، یک جابجایی جانبی تقریباً دائمی به دور از توده خاک حفظ شده ممکن است در انتهای آزاد RFERS رخ دهد که منجر به مشکلات غیرقابل قبولی در سرویس دهی می شود. این نتایج نشان می‌دهد که سازه‌های بتن مسلح طراحی‌شده برای تنش‌های خمشی اعمال‌شده توسط خاک پس‌پوش، برای مقاومت در برابر تنش‌های ایجاد شده در طول چرخه‌های انبساط، به‌اندازه کافی تقویت نمی‌شوند.

مطالعات پارامتریک RFERS تک و چند طبقه با هندسه‌ها و هندسه‌های متفاوت. خواص نیز برای بررسی اثرات سختی سازه بر جابجایی RFERS و فشار جانبی زمین توسعه یافته در توده خاک ارائه شده است. این مطالعات می تواند به خواننده در انتخاب مقادیر مناسب فشار جانبی زمین برای طراحی RFERS کمک کند. در نهایت، معادلات فرم بسته ساده شده که می تواند برای پیش بینی رانش جانبی RFERS استفاده شود، ارائه شده است.

کلمات کلیدی: فشار زمین. برهمکنش خاک-ساختار; مکانیک؛ شکست؛ پریشانی؛ درجه حرارت؛ اثرات حرارتی؛ بتن؛ ضریب انبساط حرارتی؛ پل های قطعه ای; پل های بدون مشترک؛ پل های یکپارچه؛ ابزار دقیق ژئوتکنیکی; مدل سازی المان محدود. FEM; مدلسازی عددی.

Structures placed on hillsides often present a number of challenges and a limited number of economical choices for site design. An option sometimes employed is to use the building frame as a retaining element, comprising a Rigidly Framed Earth Retaining Structure (RFERS). The relationship between temperature and earth pressure acting on RFERS, is explored in this monograph through a 4.5 year monitoring program of a heavily instrumented in service structure. The data indicated that the coefficient of earth pressure behind the monitored RFERS had a strong linear correlation with temperature. The study also revealed that thermal cycles, rather than lateral earth pressure, were the cause of failure in many structural elements.

The book demonstrates that depending on the relative stiffness of the retained soil mass and that of the structural frame, the developed lateral earth pressure, during thermal expansion, can reach magnitudes several times larger than those determined using classical earth pressure theories. Additionally, a nearly perpetual lateral displacement away from the retained soil mass may occur at the free end of the RFERS leading to unacceptable serviceability problems. These results suggest that reinforced concrete structures designed for the flexural stresses imposed by the backfill soil will be inadequately reinforced to resist stresses produced during the expansion cycles.

Parametric studies of single and multi-story RFERS with varying geometries and properties are also presented to investigate the effects of structural stiffness on the displacement of RFERS and the lateral earth pressure developed in the soil mass. These studies can aid the reader in selecting appropriate values of lateral earth pressure for the design of RFERS. Finally, simplified closed form equations that can be used to predict the lateral drift of RFERS are presented.

KEY WORDS: Earth Pressure; Soil-Structure Interaction; Mechanics; Failure; Distress; Temperature; Thermal Effects; Concrete; Coefficient of Thermal Expansion; Segmental Bridges; Jointless Bridges; Integral Bridges; Geotechnical Instrumentation; Finite Element Modeling; FEM; Numerical Modeling.