Application of sensitivity theory to analysis of piles subject to bending and penetrating a homogeneous soil

• Autorzy: Budkowska B.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie teorii wrażliwości do analizy pali poddanych zginaniu i zagłębionych w jednorodnym gruncie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The long steel piles embedded in homogeneous elastic soils bending load conditions are subjected analysis. The derived sensitivity equations are valid for arbitrary distribution of the design variable vector. The theoretical considerations performed in the framework of variational calculus incorporate the adjoint structure concept. First variations of kinematic and static field components due to variations of the design variables vector are derived. The obtained sensitivity equations resulted in formulation of the underintegral sensitivity operators associated with each of the design variables. The presented sensitivity investigations of long piles subject to bending are based on the derived equations. The determined underintegral sensitivity operators enable one to localize the most effective domains where the variations of the design variables affect mostly the changes of the quanitity under consideration.

PL

Artykuł zajmuje się analizą wrażliwości długich, stalowych pali poddanych zginaniu i zagłębionych w jednorodnym gruncie. Wyprowadzone są równania wrażliwości względem zmiennych projektowych, mających dowolny przebieg wzdłuż długości pala. Sformułowanie teoretyczne oparte jest na podejściu wariacyjnym z wykorzystaniem metody układów sprzężonych. Wyprowadzone są pierwsze wariacje składowych pola kinematycznego i statycznego spowodowane wariacjami sztywności giętnej pala oraz modułem poziomej sprężystości podłoża gruntowego, które traktuje się jako zmienne projektowe. Otrzymane równania wrażliwości prowadzą do sformułowania operatorów wrażliwości względem każdej ze zmiennych projektowych. Operatory wrażliwości dla kilku długich pali stalowych obciążonych siłą poziomą i skupionym momentem wyznaczono w wyniku analizy numerycznej z wykorzystaniem metody elementów skończonych (MES). Przedstawione są ich rozkłady dla składowych pola kinematycznego spowodowanych wariacjami zmiennych projektowych. Przebiegi zmienności operatorów wrażliwości umożliwiają zlokalizowanie obszarów, w których zmiany sztywności giętnej pala oraz modułu poziomej sprężystości gruntu oddziaływują najbardziej na zmiany składowych pola kinematycznego.

Słowa kluczowe

PL

teoria wrażliwości; pal stalowy; zginanie; grunt jednorodny

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 1998
• Tom: Vol. 44, nr 3
• Strony: 299--314
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., il.

Twórcy

autor

Budkowska B.

• University of Windsor, Department of Civil and Environmental Engineering, Ontario, Canada

Bibliografia

• 1. H.M. ADELMAN and R.T. HAFTKA, Sensitivity analysis of discrete structural systems, AIAAJ, 24, 823-832, 1986.
• 2. K.J. BATHE, Finite element procedures in engineering analysis, Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey 1982.
• 3. J.E. BOWLES , Foundation analysis and design, McGraw-Hill Publishing Company, New York 1988.
• 4. B.B. BUDKOWSKA and C. SZYMCZAK, Sensitivity analysis of axially loaded piles, Archives of Civil Engineering, 39, 1, 93-105 , 1993 .
• 5. B.B. BUDKOWSKA and C. SZYMCZAK, The analysis of an axially loaded pile with account for its varying length, Computers and Structures, An International Journal, 56, 6, 1149-115 4, 1995.
• 6. B.B. BUDKOWSKA and C. SZYMCZAK, Sensitivity analysis of piles undergoing torsion, Computers and Structures, An International Journal, 48, 5 , 827-834, 1993.
• 7. B.B. BUDKOWSKA and C. SZYMCZAK, Effect of varying length of pile undergoing torsion, Computer and Structures, An International Journal, 52, 5, 931-938, 1994.
• 8. D.G. CACUCI, C.F. WEBER, E.M. OBLOW and J.K. MARABLE, Sensitivity theory for general systems of non-linear equations, Nuclear Science and Engineering, 75, 88-100, 1980.
• 9. D.G. CACUCI, Sensitivity theory for nonlinear systems, I. Nonlinear approach, Journal of Mathematical Physics, 22, 2794-280 2, 1981.
• 10. D.G. CACUCI, Sensitivity theory for nonlinear systems, II. Extension to additional classes of responses, Journal of Mathematical Physics, 22, 2803-2812, 1981.
• 11. B.M. DAS, Principles of foundation engineering, PWS-Kent Publishing Company, Boston 1990.
• 12. K. DEMS and Z. MRÓZ, Variational approach by means of adjoint systems to structural optimization and sensitivity analysis - I, International Journal of Solids and Structures, 19, 677-692, 1983.
• 13. K. DEMS and Z. MRÓZ, Variational approach to first-and second order sensitivity analysis of elastic structures, International Journal for Numerical Methods in Engineering, 21, 637-661, 1985.
• 14. W.G.K. FLEMING, A.J. WELTMAN, M.F. RANDOLPH and W.K. ELSON, Pile engineering, Wiley, New York 1985.
• 15. I.M. GELFAND and S.W. FOMIN, Calculus of variations [in Polish], PWN, Warsaw 1970.
• 16. E.J. HAUG and J.S. ARORA, Applied optimal design, Wiley, New York 1979.
• 17. E.J. HAUG and J.S. ARORA, Design sensitivity analysis of elastic mechanical systems, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 15, 35-62, 1978.
• 18. E.J. HAUG and B. ROUSSELET, Design sensitivity analysis in structural mechanics, I. Static response variations, Journal of Structural Mechanics, 8, 1, 17-41, 1980.
• 19. E.J. HAUG, K.K. CHOI and V. KOMKOV, Design sensitivity analysis of structural systems, Academic Press, Orlando 1986.
• 20. M. HETENYI, Beams on elastic foundation, University of Michigan Press, Ann Arbor, Michigan 1977.
• 21. T.J.R. HUGHES, The finite element method-linear static and dynamic finite element analysis, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey 1987.
• 22. H. MATLOCK and L.C. REESE, Generalized solution for laterally loaded piles, Journal of Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, 86, 63-91, 1960.
• 23. Z. MRÓZ, M.R. KAMAT and R.H. PLAUT, Sensitivity analysis and optimal design of nonlinear beams and plates, Journal of Structural Mechanics, 13, 245-266, 1985.
• 24. G. SZEFER, Z. MRÓZ and L. DEMKOWICZ, Variational approach to sensitivity analysis in nonlinear elasticity, Archives of Mechanics, 39, 247-259, 1987.
• 25. C. SZYMCZAK, Elements of design theory [in Polish), WPG, Gdańsk 1991.
• 26. K. TERZAGHI, Evaluation of coefficient of subgrade reaction, Geotechnique, 5, 297-326, 1955.
• 27. A.S. VESIC, Bending of beams resting on isotropic elastic solids, Journal of Engineering Mechanics Division, ASCE, 87, No. EM2, 35-53, 1961.
• 28. K. WASHIZU, Variational methods in elasticity and plasticity, Pergamon Press, Oxford 1976.
• 29. O.C. ZIENKIEWICZ, The finite element method, McGraw-Hill, London 1977.