Effect of Wind- Soil- Structure Interaction on Alongwind and Acrosswind Response of Tall and Slender Low-Rise Buildings

Shirkhanghah, Behnam (2019) Effect of Wind- Soil- Structure Interaction on Alongwind and Acrosswind Response of Tall and Slender Low-Rise Buildings. Doctoral thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
thesis-b-shirkhanghah.pdf

Download (1MB)
Official URL: http://uma.ac.ir/

Abstract

Research Aim: The purpose of this research is to assess the qualitative and quantitative effects of structural and soil interactions on the dynamic response of high-rise buildings constructed on relatively stiff, mat footing under the influence of wind load. Research method: In this work, the simulation of the wind effect on the high-rise standard CAARC building (Commonwealth Advisory Aeronautical Council), which sit on a surface mat footing, is done numerically using the ABAQUS software. Wind-induced vibration of the standard CAARC building model has been studied through non-uniform computational fluid dynamics (CFD) and structural dynamic analysis (CSD). In this numerical method, the wind is modeled as an exponential method in the boundary layer of the atmosphere. Then, the flow turbulence is simulated by the ILES method and a co- simulation is adopted to transfer non-uniform loads from fluid to structural nodes. Properties of soil can change the dynamic properties (natural frequency and damping) of the structural system. The mechanical response of the footing and soil system is modeled using direct method. Using the direct calculation method of numerical model one can perform an implicit dynamic analysis to actually simulate the dynamics of soil and structure under the influence of wind. Infinite boundary conditions have been assigned to the numerical model for the simulation of free boundaries, and suitable contact elements for sliding and separation modeling between subsurface elements are also considered.This method, which simultaneously investigates the effects of both fluid- structure and soil- structure interactions on structures, is not implemented so far. Findings: The numerical results obtained in this work have been compared with numerical and wind tunnels measurements and some important remarks about the present simulation have also been reported. Finally, fluid solutions and structural responses in terms of mean and root of mean of squares are compared to laboratory measurements on a wide range of reduced velocities. Numerical results for the case of structure with footing were compared with fixed base conditions (without interaction of soil structure) in terms of lateral deformation. Conclusion: We concluded that the soil- structure and wind- structure interaction affect on the dynamic properties and the vibrational response of the building. therefore, the designer must carefully consider these parameters in order to ensure the safety and cost of designing effectively

Item Type: Thesis (Doctoral)
Persian Title: اثر اندرکنش سازه- خاک- باد روي پاسخ طولي و عرضي ساختمان¬هاي بلند و کوتاه لاغر
Persian Abstract: هدف: هدفاینرساله،کمکبهارزیابیکیفیوکمیاثراتاندرکنشسازه وخاکبرپاسخدینامیکیساختمان¬هایبلندساخته شده بر روی پی¬های سطحی گسترده نسبتاً سخت تحت اثر بار باد می¬باشد. روش‌شناسی پژوهش: در این کار شبیه¬سازیاثر باد روی ساختمان بلنداستاندارد CAARC (شورای تحقیقات مشاوره هوایی مشترک المنافع)باپیسطحی گسترده،درنرم¬افزارABAQUSبهصورتعددی انجام شده است. ارتعاش ناشی از باد مدل استاندارد ساختمان بلند CAARC، از طریق دینامیک سیال محاسباتی غیریکنواخت (CFD) و تحلیل دینامیکیسازه¬ای (CSD) مورد بررسی قرار گرفته است. در این روش عددی، باد در لايه مرزی اتمسفر با روش نمایی مدل¬سازی شده است. سپس آشفتگی جریان با روش ILESشبیه سازی شده و روش Co-simulation برای انتقال بارهایغیر یکنواخت ازسیال به گره¬هایسازه¬ای پذیرفته شده است. خواصخاکمی¬تواندویژگی¬هایدینامیکی (فرکانسطبیعیومیرایی) سیستمسازه-خاکراتغییردهد. پاسخمکانیکیسیستمپی و خاکبااستفاده ازروشمستقیممدل¬سازیمی¬شود. بااستفاده ازروشمحاسبهمستقیممدلعددیمی¬توانیکتحلیلدینامیکیضمنی راانجامدادتابهطورواقعیشبیه¬سازیرفتاردینامیکیخاک،پیوسازهتحتاثر باد انجام گیرد. شرایطمرزیبینهایتبهمدلعددیبرایشبیه-سازیمرزهایآزاداختصاصدادهشدهوعناصرتماسمناسببرایمدل¬سازیلغزشوجداشدگیبینعناصرپی وخاکنیزدرنظرگرفتهشدهاست. این روش که به¬طور همزمان اثرات دو اندرکنش سازه- سیال و سازه- خاک را بر سازه بررسی می¬کند،تا به¬حال انجام نشده است. یافته‌ها: نتایج عددی که در این کار به دست آمده است با اندازه¬گیری¬های عددی و تونل باد مقایسه شده و برخی از اظهارات مهم در مورد شبیه¬سازی حاضر نیز گزارش شده است. در نهایت، حل¬هایسیال و پاسخ¬های سازه¬ای بر حسب مقادیر متوسط وجذرمجموع مربعات با اندازه¬گیری¬هایآزمایشگاهی،بر روی دامنه وسیعی از سرعت¬های کاهش یافته مقایسه شده است. نتایجعددیبرایمواردسیستم¬هایسازهباخاک و پی وشرایطتکیه¬گاهی گیردار (بدوناندرکنشسازهپیوخاک) ازلحاظتغییرشکلجانبیمقایسهشده است. نتیجه‌گیری: نتیجه حاصل از رساله ایت است که اندرکنش باد- سازه و خاک- سازهبر ویژگی¬هایدینامیکیوپاسخارتعاشی ساختماناثر می¬گذاردوبنابراینمهندسطراحبایدبهمنظوراطمینانازایمنبودنوهزینهطراحیمؤثر بهدقتاینپارامترها را درنظربگیرد.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Eimani Kalehsar, HoushyarUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
-, -UNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Divisions > Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Divisions: Subjects > Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Date Deposited: 13 Jun 2020 04:40
Last Modified: 13 Jun 2020 04:40
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/11644

Actions (login required)

View Item View Item