Sensitivity of piles due to variable thickness and location of the soil layer. Part 1. Theoretical formulation

Budkowska, B.; Sekulovic, D.; Saha, C.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Sensitivity of piles due to variable thickness and location of the soil layer. Part 1. Theoretical formulation

Autorzy

Budkowska B. , Sekulovic D. , Saha C.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

Identyfikatory

Warianty tytułu

Wrażliwość pali względem zmiennej grubości warstwy gruntowej oraz jej położenia. Część 1. Sformułowanie teoretyczne

Języki publikacji

Abstrakty

The paper presents the theoretical formulation of sensitivity of laterally loaded piles due to variable location of a soil layer. The pile is modelled as a beam element. The surrounding soil is represented by the Winkler foundation. The analysis is conducted in the framework of variational calculus. The variability of the bending energy caused by the changes of the position of a soil layer are defined with involvement of a functional with moving ends. It employs the adjoint structure concept subject to suitable unit dummy load. The design variables are taken as the distances describing the changes of the top and bottom boundaries of the specified soil layer. The evaluation of the variations of kinematic as well as static field components includes Taylor's mean value theorem. The final form of sensitivity equations due to variable location of the soil layer is accompanied with the system of equilibrium equations for primary and adjoint structure. Additional set of equations guarantees the correctness of natural conditions on the boundaries of each layer for the primary and adjoint structure.

Artykuł przedstawia sformułowanie teoretyczne analizy wrażliwości pali obciążonych bocznie, zagłębionych w gruncie warstwowym. Położenie dowolnej warstwy gruntu oraz jej grubość przyjęto jako zmienne projektowe. Konstrukcja pala symulowana jest jednowymiarowym elementem belkowym. Otaczający pal grunt modelowany jest ośrodkiem sprężystym typu Winklera. Sformułowanie teoretyczne wykorzystuje pojęcie funkcjonału z ruchomymi końcami. Funkcjonał energii zginania zbudowany jest z wykorzystaniem zasady prac wirtualnych w ramach rachunku wariacyjnego. Wyznaczenie funkcjonału energii zginania stosuje koncepcję konstrukcji stowarzyszonej, obciążonej odpowiednim obciążeniem (jednostkową dystorcją) jednostkowym. Badanie wariacji (zmian) składowych pola kinematycznego i statycznego przeprowadzono w zakresie małych przemieszczeń, z wykorzystaniem twierdzenia Taylora dla wartości średnich. Otrzymana końcowa postać równań wrażliwości spełnia równania równowagi statycznej oraz zawiera równania pracy sił wewnętrznych konstrukcji pierwotnej na wariacjach uogólnionych przemieszczeń konstrukcji stowarzyszonej, zlokalizowanych na granicach różnych warstw gruntowych.

Słowa kluczowe

pal wrażliwość grunt warstwowy

Wydawca

Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej

Czasopismo

Archives of Civil Engineering

Rocznik

1999

Tom

Vol. 45, nr 3

Strony

427--441

Opis fizyczny

Bibliogr. 29 poz., il.

Twórcy

autor

Budkowska B.

University of Windsor, Department of Civil and Environmental Engineering

autor

Sekulovic D.

University of Windsor, Department of Civil and Environmental Engineering

autor

Saha C.

University of Windsor, Department of Civil and Environmental Engineering

Bibliografia

1. H.M. ADELMAN, R. T. HAFTKA, Sensitivity analysis of discrete structural systems, AIAAJ, 24, 823-832, 1986.
2. J .E. BOWLES, Foundation analysis and design, McGraw-Hill Publishing Company, New York 1998.
3. B.B. BUDKOWSKA, C. SZYMCZAK, Sensitivity analysis of axially loaded piles, Archives of Civil Engineering, 39, 1, 93-105, 1993.
4. B.B. BUDKOWSKA, C. SZYMCZAK, Sensitivity analysis of piles undergoing torsion, Computers and Structures, An International Journal, 48, 5, 827-834, 1993.
5. B.B. BUDKOWSKA, C. SZYMCZAK, Effect of varying length of pile undergoing torsion, Computers and Structures, An International Journal, 52, 5, 931-938, 1994.
6. B.B. BUDKOWSKA, C. SZYMCZAK, The analysis of an axially loaded pile with account for its varying length, Computers and Structures, An International Journal, 56, 6, 1149-1154, 1995.
7. B.B. BUDKOWSKA, C. SZYMCZAK, On first variation of extremum values of displacements and internal forces of laterally loaded piles, Computers and Structures, An International Journal, 57, 2, 303-307, 1995.
8. B.B. BUDKOWSKA, C. SZYMCZAK, Partially embedded piles subjected to critical buckling load-sensitivity analysis, Computers and Structures, An International Journal, 67, 1, 193-196, 1996.
9. B.B. BUDKOWSKA, C. SZYMCZAK, Initial post-buckling behaviour of piles partially emedded in soil, Computers and Structures, An International Journal, 62, 5, 831-835, 1997.
10. B.B. BUDKOWSKA, Sensitivity analysis of short piles subject to bending embedded in homogeneous soil, Part I. Theoretical formulation, Computers and Geotechnics, An International Journal, 21, 2, 87-101, 1997.
11. B.B. BUDKOWSKA, Sensitivity analysis of short piles subject to bending embedded in homogeneous soil, Part II. Numerical investigations, Computers and Geotechnics, An International Journal, 21, 2, 103-119, 1997.
12. D.G. CACUCI, C.F. WEBER, E.M. OBLOW, J.K. MARABLE, Sensitivity theory for general systems of nonlinear equations, Nuclear Science and Engineering, 75, 88-100, 1980.
13. D.G. CACUCI, Sensitivity theory for nonlinear systems, I. Nonlinear approach, Journal of Mathematical Physics, 22, 2794-2802, 1981.
14. D.G. CACUCI, Sensitivity theory for nonlinear systems, II. Extension to additional classes of responses, Journal of Mathematical Physics, 22, 2803-2812, 1981.
15. B.M. DAS, Principles of foundation engineering, PWS-Kent Publishing Company, Boston 1990.
16. K. DEMS, 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.
17. K. DEMS, 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.
18. W.G.K. FLEMING, A.J. WELTMAN, M.F. RANDOLF, W.K. ELSON, Pile engineering, Wiley, New York 1985.
19. P.M. FRANK, Introduction to system sensitivity theory, Academic Press, New York 1978.
20. I.M. GELFAND, S.W. FOMIN, Calculus of variations [in Polish], PWN, Warszawa 1970.
21. E.J. HAUG, J.S. ARORA, Applied optimal design, Wiley, New York 1979.
22. E.J. HAUG, J.S. ARORA, Design sensitivity analysis of elastic mechanical systems, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 15, 35-62, 1978.
23. E.J. HAUG, B. ROUSSELET, Design sensitivity analysis in structural mechanics. I. Static response variations, Journal of Structural Mechanics, 8, 9, 17-41, 1980.
24. E.J. HAUG, K.K. CHOI, V. KOMKOV, Design sensitivity analysis of structural systems, Academic Press, Orlando 1986.
25. H. MATLOCK, L.C. REESE, Generalized solution for laterally loaded piles, Journal of Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, 86, 63-91, 1960.
26. Z. MRÓZ, M.R. KAMAT, R.H. PLAUT, Sensitivity analysis and optimal design of nonlinear beams and plates, Journal of Structural Mechanics, 13, 245-266, 1985.
27. K.G. POULOS, E.K. DAVIS, Pile foundation analysis and design, John Wiley and Sons, New York 1980.
28. G. SZEFER, Z. MRÓZ, L. DEMKOWICZ, Variational approach to sensitivity analysis in nonlinear elasticity, Archives of Mechanics, 39, 247-259, 1987.
29. K. WASHIZU, Variational methods in elasticity and plasticity, Pergamon Press, Oxford 1976.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BTB2-0011-0028