Nonlinear seismic soil-pile interaction analysis for bridges founded in Quebec soil

Yassin, Mohmmad Hany (2015). Nonlinear seismic soil-pile interaction analysis for bridges founded in Quebec soil. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation	PDF Télécharger (10MB) | Prévisualisation
Prévisualisation	PDF Télécharger (5MB) | Prévisualisation

Résumé

This doctorate program focuses on the nonlinear behavior of seismic soil-structure interaction of deep foundations with particular emphasis in Quebec soil. Soil-structure interaction (SSI) plays a crucial role when analyzing and designing important or essential structures, such as skyscrapers, nuclear reactor facilities and highway bridges. For the latter, deep foundations are commonly used to support the bridge superstructure. Historically, the analysis of the interaction between the piles and the embedment soil under lateral loadings used the beam on Winkler theory which is implemented through the p-y curves general method. The commonly-used springs are driven originally from full-scale tests on piles with static or slow cyclic lateral load application. Evidences, from disturbed or damaged structures after earthquake, indicate that SSI follows different curve from the static p-y curve used in the design. The main objective of this research study is to contribute bridge the gap by carrying comprehensive nonlinear seismic analyses on soil-pile interaction for Quebec soils. Extensive numerical investigations have been conducted on 600 parametrical models in order to evaluate these variations and gaps. Results from this research study shows that the following parameters have a direct impact on the seismic soil-pile interaction: the length of the pile, the mass of the structure, as well as the intensity of the seismic record. The seismic soil-pile interaction (SPSI) is normally investigated by dynamic time history analysis on continuum soil-structure models. However, this process is long and time consuming particularly in engineering practice. A new simplified method is proposed in this study to scale the static p-y curves in order to simulate the dynamic behavior of SPSI. The results indicate a reasonable matching between the results from time-history and static analysis. Scaling the current p-y curves in order to simulate the SPSI, would results in a more accurate estimation for the seismic demands on the bridge. Furthermore it will reduce the computation cost by benefiting from currently-used and fast to implement p-y curve method. Field experiments on several types of soil are recommended in order to normalize these findings for engineering practice.

Résumé traduit

Cette thèse de doctorat traite du comportement non linéaire de l’interaction dynamique sol-structure des fondations profondes. L’étude considère en particulier les sols québécois. L’interaction sol-structure (ISS) joue un rôle crucial dans l’analyse et la conception de structures importantes ou essentielles. On peut citer les gratte-ciels, les réacteurs nucléaires ou les ponts routiers, autoroutiers et ferroviaires. En particulier, les fondations profondes sont souvent utilisées pour supporter la superstructure de ponts. Historiquement, l’analyse de l’interaction entre les pieux/caissons et le sol dans lequel ils sont fondés était basée sur la théorie de la poutre de Winkler à travers les courbes p-y généralisées. Les modèles de comportement des ressorts de Winkler utilisés étaient originalement déduits à partir d’essais statiques ou cycliques quasi-statiques. Cependant, les enseignements post-séismes sur les structures incluant les pieux/caissons ayant subi des dommages ont révélé que l’ISS introduit une courbe p-y différente de la courbe statique utilisée dans la pratique pour la conception des pieux/caissons.

L’objectif principal de la présente recherche est de contribuer à la compréhension de cette différence en menant une étude compréhensive et des analyses sismiques non linéaires poussées sur le comportement de l’interaction sol-pieu pour les sols québécois. Des investigations numériques extensives ont été menées dans le cadre de la présente étude. Un total de 600 modèles paramétriques ont été considérés afin d’évaluer cette différence. Les résultats de ces investigations ont permis de ressortir les paramètres majeurs qui impactent le plus le comportement sismique de l’interaction sol-pieu/caisson. On peut citer la longueur du pieu/caisson, la masse de la structure, et l’intensité de l’enregistrement sismique. L’interaction sismique sol-pieu/caisson est normalement analysée en réalisant une analyse dynamique pas-à-pas sur des modèles de continuum sol-structure. Ceci peut s’avérer long et fastidieux. Une nouvelle méthode est proposée dans le cadre de cette recherche permettant de calibrer les courbes p-y statiques pour les rendre capables de simuler le comportement dynamique de l’interaction sol-pieu/caisson. Les résultats obtenus indiquent une concordance raisonnable entre l’analyse dynamique rigoureuse pas-à pas et l’analyse pseudostatique approximative équivalente. L’utilisation des courbes p-y existantes calibrées pour simuler l’interaction dynamique sol-pieu/caisson permettra d’obtenir une estimation de la demande sismique sur les ponts plus précise et s’approchant plus de la réalité. Par ailleurs, elle permettra de réduire le temps de simulations numériques en bénéficiant des outils informatiques et des logiciels existants qui ont été développés durant les dernières années en se basant sur les courbes p-y statiques. Des essais in-situ sur des différents sols représentatifs du Québec sont recommandés afin de valider et normaliser les résultats obtenus dans le cadre de cette étude pour les rendre utilisables en pratique.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy".
Mots-clés libres:	pieu/caisson, interaction sol-structure, sismique, non linéaire, courbe p-y
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Chaallal, Omar
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	03 avr. 2018 20:47
Dernière modification:	08 mars 2019 17:19
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1578

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt