تعیین ضرایب ظرفیت باربری شالوده های حلقوی به کمک روش خطوط مشخصه تنش

نویسندگان

دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

در این مقاله، ظرفیت باربری شالوده های حلقوی تحت بار قائم مورد مطالعه قرار گرفته است. استفاده از این نوع شالوده در مقایسه با شالوده دایروی اقتصادی‌تر می‌باشد. زیرا از مصالح کمتری استفاده می شود. این در حالیست که تحقیقات نظری کمی در خصوص ظرفیت باربری اینگونه شالوده ها در ابیات فنی موجود است. روش تحلیلی مورد استفاده در این مقاله، روش خطوط مشخصه از نوع تنش می‌باشد که از آن، جهت تعیین ظرفیت باربری شالوده حلقوی بر روی سطح افقی زمین استفاده شده است. در محاسبات، از اصطکاک میان خاک و سطح زبر شالوده صرف نظرشده است. خاک زیر شالوده، از نوع اصطکاکی چسبنده بوده و برای آن، از معیار گسیختگی مور- کولمب استفاده شده است. در این مقاله، با استفاده از مفهوم اصل رویهم گذاری که اولین بار توسط ترزاقی برای تعیین ظرفیت باربری شالوده های سطحی بکارگرفته شد، ضرایب ظرفیت باربری برای شالوده های حلقوی بدست آمده است. هندسه شالوده حلقوی با کمک نسبت شعاع داخلی به شعاع خارجی تعریف شده و ضرایب ظرفیت باربری برای نسبت های مختلف صفر (حالت دایروی)، 25/0، 5/0، 7/0 و 9/0 بدست آمده است. جهت ارزیابی روند صحیح مدل سازی، مقادیر بدست آمده با مقادیر موجود در ادبیات فنی مقایسه شده که نشان‌دهنده تطابق خوبی با نتایج کسب شده می باشد. مقادیر این ضرایب بصورت جدول، نمودار و رابطه های ریاضی جهت کاربرد در مهندسی ژئوتکنیک ارایه شده است. در پایان، با درنظرگفتن چندین مثال، نشان داده شده است که استفاده از معادله ساده شده ظرفیت باربری، نسبت به یک تحلیل دقیق خمیری، جوابهای کمتر و درنتیجه محافظه کارانه تری را نتیجه می دهد و درنتیجه، با اطمینان خاطر می توان از این شیوه استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Determination of bearing capacity factors of ring footings using the method of stress characteristics

نویسندگان [English]

  • Ehsan Seyedi Hoseininia
  • Hamed Gholami
چکیده [English]

In this paper, the bearing capacity of ring footing is investigated. Ring footings are more economical in comparison with circular footings since less material is used in their construction. However, less investigation regarding the behavior and the bearing capacity of ring footings exits in the literature. The method of characteristics is applied in the present research in order to find the bearing capacity factors, which have been introduced in the so-called Terzaghi’s bearing capacity equation. The ring footing is assumed to be located on the horizontal ground surface, which carries vertical and centric load. The roughness between the footing base and the ground is ignored. The soil is assumed frictional-cohesive, which obeys Mohr-Coulomb yield criterion. The values of the bearing capacity factors are obtained for a wide range of soil friction angle (0~50 deg) and for different ring geometries in terms of the ratio of internal to outer ring radii (n), where n = 0, 0.2, 05, 0.7, and 0.9. The variations of the factors with n are presented in the forms of tables, graphs, and mathematical equations. The magnitude of the obtained factors is compared with the available data published in the literature. Comparisons show that there is good agreement between the results. In the end, by using some optional examples, it is shown that using the proposed bearing capacity equation for a ring footing is safe and conservative in comparison to applying a direct and rigorous plastic analysis.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bearing capacity
  • ring footing
  • method of stress characteristics
1-      

[1] K. Terzaghi(1943).Theoretical soil mechanics, John Wiley & Sons, New York.

[2] M.D. Bolton, C.K. Lau(1993) Vertical bearing capacity factors for circular and strip footings on Mohr-Coulomb soil, Canadian Geotechnical Journal, 30 1024-1033.

[3] M.J. Cassidy, G.T. Houlsby(2002) Vertical bearing capacity factors for conical footings on sand, Géotechnique, 52 687-692.

[4] E.H. Davis, J.R. Booker(1971).the bearing capacity of strip footings from the standpoint of plasticity theory,  1st Australian- New Zealand Conference in GeomechanicsMelbourne, pp. 276-283.

[5] H.L. Erickson, A. Drescher(2002) Bearing capacity of circular footings, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 128 38-43.

[6] D.V. Griffiths(1982) Computation of bearing capacity factors using finite elements, Géotechnique, 32 195-202.

[7] G.T. Houlsby, C.P. Wroth(1983).Calculation of stresses on shallow penetrometers and footings,  Proc. IUTAM / IUGG Symposium on Seabed MechanicsNewcastle upon Tyne, pp. 107-112.

[8] C.M. Martin(2005) .Exact bearing capacity calculations using the method of characteristics,  11th international conference IACMAGTurin, pp. 441-450.

[9] G.G. Meyerhof(1963) Some recent research on the bearing capacity of foundations, Canadian Geotechnical Journal, 1 16-26.

[10] A.A. Vesic(1973) Analysis of ultimate loads of shallow foundations, Journal of Soil Mechanics and Foundation Engineering, ASCE, 99 45-73.

[11] M.C. Saha(1978).Ultimate bearing capacity of ring footings on sand, University of Roorkee, Roorkee, U.P., India.

[12] M.L. Ohri, D.G.M. Purhit, M.L. Dubey(1997).Behavior of ring footings on dune sand overlaying dense sand,  Preceedings of International Conference of Civil EngineersTehran, Iran.

[13] J.H. Boushehrian, N. Hataf(2003) Experimental and numerical investigation of the bearing capacity of model circular and ring footings on reinforced sand, Geotextiles and Geomembranes, 21 241-256.

[14] E.E. De Beer(1965).Bearing capacity and settlement of shallow foundations on sand,  Bearing capacity and settlement of foundation symposiumDuke University, Durham, North Carolina, pp. 15-34.

[15] J. Kumar, P. Gosh(2005) Bearing capacity factor Ng for ring footings using the method of characteristics, Canadian Geotechnical Journal, 42 1474-1484.

[16] L. Zhao, J.H. Wang(2008) Veritcal bearing capacity for ring footings, Computers and Geotechnics, 35 292-304.

[17] S. Benmebarek, M.S. Remadna, N. Benmebarek, L. Belounar(2012) Numerical evaluation of bearing capacity factor Ng of ring footings, Computers and Geotechnics, 44 132-138.

[18] L. Prandtl(1920).Uber die harte plasticher korper,  Nachrichten von der Königlichen Gesellschaft der WissenschaftenGöttingen, Mah.-phys, pp. 74-85.

[19] V.V. Sokolovskii(1960).Statics of granular media, Pergamon, Oxford.

[20] A.D. Cox, G. Eason, H.G. Hopkins(1961) Axially symmetric plastic deformation in soils, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, series A, 254 1-45.

[21] P. De Simone(1985).Bearing capacity of a circular footing on a Coulomb medium,  Proceedings of 5th International Conference on Numerical Methods in GeomechanicsNagoya, pp. 829-836.

[22] L.A. Larkin(1968) Theoretical bearing capacity of very shallow footings, ASCE Journal of the soil mechanics and foundations division, 94 1347-1357.

[23] A. Haar, T. von Karman(1909).Zur theorie der spannungszustaende in plastichen und sandartigen medien,  Nachrichten von der Königlichen Gesellschaft der WissenschaftenGöttingen, Mah.-phys, pp. 204-218.

[24] ح. غلامی(1391).بررسی ظرفیت باربری پی های حلقوی با استفاده از روش خطوط مشخصه,  دانشکده مهندسی، گروه مهندسی عمران, دانشگاه فردوسی مشهد, مشهد

[25] J.B. Hansen(1970) A Revised and Extended Formula for Bearing Capacity, Danish Geotechnical Institute, 28 5-11.

[26] J. Kumar, V.N. Khatri(2011) Bearing capacity factors of circular foundations for a general c–f soil using lower bound finite elements limit analysis, International Journal for Numerical and Analytical Methods In Geomechanics, 35 393–405.

[27] R.L. Michalowski(1997) An estimate of the influence of soil weight on bearing capacity using limit analysis, Soils and Foundations, 37 57–64.