Seismic Design and Performance

Inhaltsverzeichnis

1. Frontmatter

2. A Critical Review on Design Philosophies of Different Design Standards on Seismic Soil–Structure Interaction

   Vaibhav Mittal, Manojit Samanta

   Das Kapitel vertieft sich in die kritische Überprüfung der Gestaltungsphilosophien für die Interaktion zwischen Boden und Struktur (SSSI) über verschiedene Gestaltungsstandards hinweg. Es unterstreicht die erheblichen wirtschaftlichen und sozioökonomischen Verluste, die durch Erdbeben verursacht werden, und die Notwendigkeit einer angemessenen Berücksichtigung der SSSI bei der Statik. Die Autoren diskutieren die beiden primären Arten von Interaktionen - kinematische und träge - zwischen Boden und Strukturen bei seismischen Ereignissen. Sie erforschen verschiedene analytische, experimentelle und numerische Methoden zur Untersuchung von SSSI, darunter Winkler p-y-Modelle, Parametermodelle in Klumpen und Finite-Elemente-Methoden. Das Kapitel präsentiert auch Fallstudien, die sowohl vorteilhafte als auch nachteilige Auswirkungen von SSSI auf Bauwerke veranschaulichen, wie etwa den Einsturz von Brückenkonstruktionen während der Erdbeben von Loma Prieta und Kobe. Darüber hinaus bietet es eine Zusammenfassung verschiedener Kodierungsbestimmungen für die Einbeziehung von SSSI-Effekten in das seismische Design, wobei Richtlinien aus verschiedenen Ländern und die Verringerung der Scherung der Designbasis hervorgehoben werden, wenn SSSI berücksichtigt wird. Dieses Kapitel ist von entscheidender Bedeutung für Fachleute, die die Komplexität von SSSI und ihre Auswirkungen auf die strukturelle Leistung bei seismischen Ereignissen verstehen wollen.

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3. A Critical Review of Indian Seismic Codes for Buildings in the Light of International Codes of Practice

   P. Jayarajan

   Das Kapitel untersucht den indischen seismischen Code IS 1893: Part 1, der 2016 überarbeitet wurde, und vergleicht ihn mit modernen internationalen Codes wie ASCE 7-16 und Eurocode 8: 2004. Er identifiziert zentrale Mängel im indischen Code, darunter das Fehlen standortspezifischer probabilistischer seismischer Gefahrenanalysen und eine unzureichende Bodenklassifizierung auf der Grundlage der Scherwellengeschwindigkeit. Der Bericht unterstreicht die Notwendigkeit überarbeiteter seismischer Gefahrenkarten und verbesserter Bodenklassifizierungsmethoden, um geotechnische Profile im ganzen Land besser darzustellen. Darüber hinaus wird das Fehlen größenspezifischer Spektren in IS 1893 diskutiert, die in internationalen Codes enthalten sind, und die Auswirkungen dieser Definition auf das seismische Design. Das Kapitel vergleicht auch den Verhaltensfaktor (q), der in verschiedenen Codes verwendet wird, und betont die Wichtigkeit moderner Design- und Konstruktionspraktiken, um die Sicherheit vor seismischen Gefahren zu gewährleisten.

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4. An Application to the Conditional Mean Spectrum Approach for Seismic Analysis of Coupled Dam–Foundation System

   Aniket R. Tidke, Shrabony Adhikary

   Das Kapitel vertieft sich in die kritische Frage der seismischen Analyse für Gravitationsdämme, insbesondere auf den Koyna-Damm in Indien. Es wird diskutiert, wie wichtig es ist, die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Materialien und Bodenbewegungseigenschaften bei der Vorhersage von Schäden zu verstehen. Die Studie verwendet den Ansatz des bedingten mittleren Spektrums für die Auswahl von Bodenbewegungen und nichtlineare Zeithistorik-Analysen, um Schadensmaße und -indizes zu bewerten. Die Ergebnisse liefern wertvolle Einsichten in die Faktoren, die die seismische Reaktion und die Effektivität von Schadensindizes bei der Beurteilung der strukturellen Integrität beeinflussen.

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5. Tsunami Resilient Foundation for Breakwater: Centrifuge Model Tests

   Babloo Chaudhary, Hemanta Hazarika, Akira Murakami, Kazunori Fujisawa

   Das Kapitel konzentriert sich auf die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit von Wellenbrecherfundamenten gegen die kombinierten Auswirkungen von Erdbeben und Tsunamis. Er diskutiert die Schwachstellen konventioneller Wellenbrecher-Fundamente und stellt neue Bewehrungsmodelle mit Gabionen und Stahlspundwänden vor. Die Wirksamkeit dieser Modelle wird durch umfassende Zentrifugenmodelltests bewertet, die Erdbebenbelastungen und Tsunami-Überläufe simulieren. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Verringerung der Siedlungen und der horizontalen Verdrängung, was das Potenzial dieser Verstärkungstechniken zur Schadensbegrenzung und zur Gewährleistung der Stabilität der Wellenbrecher bei komplexen Geokatastrophen unterstreicht.

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6. Comparative Study on Behavior of Vertical and Batter Piles in Lateral Spreading Soil

   J. S. Rajeswari, Rajib Sarkar

   Das Kapitel beginnt mit dem Versagen pfahlgestützter Strukturen aufgrund der seitlichen Ausbreitung der Oberflächenkruste nach der Verflüssigung. Anschließend vertieft sie sich in das komplexe Zusammenspiel von Faktoren, die die laterale Ausbreitung beeinflussen, wie Bodenschichtung und Bodenneigung. Die Studie konzentriert sich auf das Potenzial von Pfählen unter seismischen Bedingungen und vergleicht ihre Leistung mit vertikalen Pfählen. Einzigartig in diesem Kapitel ist die Verwendung von konvexen p-y-Kurven für verflüssigbare Böden und die Anwendung der Response-Surface-Methodik in Verbindung mit der Monte-Carlo-Technik zur Beurteilung der Versagenswahrscheinlichkeit. Das Kapitel präsentiert detaillierte Ergebnisse zum Verhalten von Teigpfählen, die zeigen, dass positive Teigpfähle bessere Leistungen bei der Verringerung von Biegemomenten erbringen. Außerdem wird die Dicke der Oberflächenkruste als ein Hauptfaktor identifiziert, der die Reaktion der Pfähle beeinflusst. Das Kapitel schließt mit praktischen Empfehlungen für die Gestaltung von Pfählen bei seitlich ausladenden Bodenverhältnissen, was sie zu einer wertvollen Ressource für Fachleute im geotechnischen und bautechnischen Bereich macht.

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7. Influence of Different Seismic Loadings on the Closely Spaced Interfering Footings Embedded in Cohesionless Foundation Medium

   Anupkumar G. Ekbote, Lohitkumar Nainegali

   Das Kapitel vertieft sich in die kritische Frage der Eingriffe in die Bodenbeläge unter seismischen Belastungen und konzentriert sich auf das Verhalten eng abgestimmter Streifenfundamente, die in kohäsionslosen Boden eingebettet sind. Es verwendet Finite-Elemente-Analysen, um die Siedlung und die Spannungen unter den Fundamenten zu beurteilen, die verschiedenen Erdbebenanregungen ausgesetzt sind. Die Studie schließt eine Lücke in der Literatur, indem sie die dynamische Reaktion störender Fundamente untersucht und dabei eine signifikante Zunahme von Siedlungs- und Scherspannungen in engen Abständen aufzeigt. Die Ergebnisse sind entscheidend für die Gestaltung robuster Fundamente in seismisch aktiven Regionen und bieten wertvolle Einblicke in die komplexen Wechselwirkungen zwischen Fundamenten unter dynamischen Belastungsbedingungen.

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8. Experimental Analysis of Seismic Cloak Foundation by Using Elastoplastic Material

   Anup Shelar, Varsha Yadav, Mirajj Thaker, Dhruval Suriya

   Das Kapitel vertieft sich in die experimentelle Analyse eines seismischen Mantelfundaments, das Bauwerke vor Erdbeben schützen soll. Bei dieser Technik werden elastoplastische Materialien verwendet, die in konzentrischen Ringen angeordnet sind, um seismische Wellen zu absorbieren und umzuleiten und so Gebäude vor schweren Schäden zu schützen. Das Kapitel behandelt die theoretischen Grundlagen der seismischen Tarnung und vergleicht sie mit anderen Methoden wie Basisisolationssystemen und Gummi-Boden-Kissen. Sie hebt die Vorteile der vorgeschlagenen Methode hervor, darunter ihre geringen Kosten, die einfache Installation und das Potenzial, Bauwerke bei Erdbeben zu schützen. Das Kapitel stellt auch die Ergebnisse von Feldversuchen und Prototypenentwicklung vor und zeigt die Wirksamkeit dieses innovativen Ansatzes bei der Abmilderung seismischer Schäden.

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9. Effect of Near-Fault Vertical Ground Motions on the Seismic Response of Bridges with Rocking Foundations

   Omar El-Hawat, Behzad Fatahi, Mohammadreza Mostafa

   In diesem Kapitel werden die Auswirkungen vertikaler Bewegungen auf Brücken mit Schaukelfundamenten untersucht und mit herkömmlichen festen Fundamenten verglichen. Rocking Isolation wird als Alternative präsentiert, um die seismische Nachfrage zu verringern und Schäden zu verhindern. Die Studie konzentriert sich auf Felsfundamente, die Siedlungsprobleme lösen, aber mit zunehmenden seismischen Verschiebungen konfrontiert sind. Sie unterstreicht die entscheidende Bedeutung der Berücksichtigung vertikaler Bodenbewegungen bei der Konstruktion von Schaukelfundamenten, da diese Deck-Verschiebungen und Pier-Biegemomente deutlich erhöhen können, was zu einem potenziellen Brückeneinsturz führen kann. Die Forschung nutzt dreidimensionale numerische Modelle und nichtlineare zeithistorische Analysen, um diese Effekte zu demonstrieren und liefert wertvolle Erkenntnisse für die Konstruktion seismisch belastbarer Brücken.

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10. Effect of Composite Pile Foundation System on the Behavior of Soft Ground

    Dimpa Moni Kalita, S. D. Anitha Kumari

    Das Kapitel geht auf die Herausforderungen ein, die weicher Boden in Böschungen mit Brückenansatz mit sich bringt, und die Rolle von Verbundpfahlgründungen bei der Abmilderung dieser Probleme. Es präsentiert eine detaillierte Analyse der Leistung von CFG und Kalkpfählen, wobei die überlegene Belastbarkeit und die geringere Verdrängung von CFG-Pfählen hervorgehoben werden. Die Studie untersucht auch den Einfluss von Gestaltungsparametern wie Pfahlabstand, Länge und Polstermaterial und kommt zu dem Schluss, dass ein Fundamentsystem mit unterschiedlichen Pfahllängen eine bessere Leistung bei der Reduzierung von Setzungen zeigt. Das Kapitel bietet wertvolle Einblicke in die Optimierung von Pfahlfundamenten für reibungslose Übergänge zwischen Brücke und Böschung und ist daher eine wichtige Lektüre für Fachleute auf diesem Gebiet.

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11. Study on Pull-Out Resistance of Single-Belled Anchor in Layered Sand and Soft Silty-Clay Deposits: Model Tests and Numerical Modelling

    Tanaya Deb, Sujit Kumar Pal

    Abstract

    The piles that assist to counter any pull-out forces and overturning moments enforced on foundation are idealized as anchor piles. Belled anchors offer passive form of resistance against pull-out forces by the dead-weight and shear resistance of breakout region of foundation media. Experimental investigations are conducted in two different series, for determining pull-out resistance of single-belled anchor models in layered sand and soft silty-clay deposits, having different anchor characteristics and embedment depths. Pull-out resistances are evaluated in layered soil deposits where the thickness of underlying soft soil is constant for all models. The consistency indices are 0.23 and 0.46 in soft soil. Pull-out resistance of belled anchor piles is primarily dependent on the consistency of soft soil and thus on the cohesive strength in undrained condition and secondarily, dependent on overlying sand deposit of different thickness, embedment ratios and diameter ratios. But the effect of bell angle is found to be negligible on pull-out resistance in layered sand and soft soil deposit. All the models are found to be much effective to attain higher pull-out resistance when consistency index is higher in underlying soft soil, as these values are increased by approximately 60–83%. Few numerical analysis for comparatively larger models (scale factor = 1/10) through finite element method in Plaxis 3D Foundation is performed. The reason of variation in pull-out resistance is explored by displacement contour from the Plaxis 3D analysis. So, the Plaxis results are correct and can be used for parametric study.

12. Behavior of Pile Group in Liquefied Soil Deposits Under Earthquake Loadings

    G. M. Basavanagowda, P. Gowthami, S. V. Dinesh, L. Govindaraju, S. Muttana Balareddy

    Das Kapitel geht den entscheidenden Faktoren nach, die bei verflüssigten Bodenablagerungen bei Erdbeben zu Pfahlgründungen führen, wie seitliche Ausbreitung und Trägheitswirkungen. Es überprüft frühere Studien über die Reaktion von Pfählen auf homogene sandige oder tonhaltige Böden und identifiziert die Notwendigkeit, das Verhalten von Pfählen auf nicht homogene und geschichtete Böden zu untersuchen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den Ergebnissen von 3D-Finite-Differenz- (FD) -Analysen mit FLAC3D, um den Einfluss verflüssigbarer Schichten auf Pfahlgruppen unter verschiedenen seismischen Anregungen zu bewerten. Die Studie modelliert eine Gruppe von Pfählen, die in ein dreischichtiges Bodenmodell eingebettet sind, das verschiedenen Erdbebenbewegungen ausgesetzt ist, darunter zyklischen Belastungen, Bodenbewegungen von 2001 Bhuj und Bodenbewegungen von 1940 El Centro. Die Analyse deckt Pfahldurchbiegung, Biegemoment, Scherkraft und Porendruckverhältnis ab und liefert wertvolle Erkenntnisse über das Verhalten von Pfahlgruppen in Flüssigbodenablagerungen unter Erdbebenbelastungen. Die Schlussfolgerungen heben die Übereinstimmung der Ergebnisse mit früheren numerischen Untersuchungen und die signifikanten Biegemomente hervor, die an der Grenzfläche zwischen verflüssigten und nicht verflüssigten Schichten beobachtet werden, die mit den Feldbeobachtungen während Erdbeben übereinstimmen.

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13. Dynamic Response of Soil Nailed Wall

    Amrita, B. R. Jayalekshmi, R. Shivashankar

    Das Kapitel geht der dynamischen Reaktion von genagelten Wänden im Boden nach, einer entscheidenden Methode zur Stabilisierung von senkrechten Schnitten und tiefen Ausgrabungen. Es baut auf früheren Studien auf und verwendet Finite-Elemente-Analysen, um die Leistung der Wand unter dynamischer Anregung zu bewerten. Die Studie modelliert eine 6 Meter hohe Bodennagelwand, die sandigen Boden stützt, und untersucht den Einfluss der Nagellänge und -neigung auf die Stabilität der Wand. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen das optimale Nagellängenverhältnis von 0,7 und die minimale Verschiebung, die bei Nagelneigungen zwischen 10 ° und 15 ° beobachtet wird. Die Analyse zeigt auch die Verteilung der Axialkräfte in den Nägeln und die Variation des Sicherheitsfaktors mit der Ausgrabungstiefe. Diese detaillierte Studie bietet wertvolle Einblicke in die Verbesserung der Stabilität von genagelten Wänden unter dynamischen Bedingungen.

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14. Seismic Response of Buildings Resting on Pile-Raft Foundation in Soft Soil

    S. Vinoda Krishna, B. R. Jayalekshmi

    Das Kapitel befasst sich mit der seismischen Reaktion von Gebäuden, die durch Pfahlbauten in weichem Boden gestützt werden, und betont die Bedeutung der dynamischen Interaktion zwischen Boden und Struktur (DSSI) in der seismischen Konstruktion. Es präsentiert eine detaillierte numerische Analyse eines 15-stöckigen Stahlbetonrahmens auf einem Flößerfundament, das die Länge der Innen- und Außenpfähle variiert. Die Studie untersucht die Auswirkungen dieser Variationen auf die Eigenfrequenzen, Beschleunigung und Durchbiegung auf der Dachebene des Gebäudes bei Erdbebenerregungen. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die seismischen Reaktionen des RC-Rahmens bei verschiedenen Pfahlkonfigurationen deutlich unterscheiden, wobei die Konfiguration M1 die höchste Eigenfrequenz und maximale Beschleunigung am Dach aufweist. Das Kapitel hebt auch die nachteiligen Auswirkungen der Ignorierung von DSSI hervor, wie historische Erdbeben zeigen, und unterstreicht die Notwendigkeit einer präzisen Modellierung und Analyse von DSSI im seismischen Design.

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15. State of the Art on Combined Pile Raft Foundation

    Shailja Gupta, V. A. Sawant, P. K. Gupta

    Dieses Kapitel befasst sich mit dem Stand der Technik auf dem kombinierten Floss-Fundament (CPRF), einem immer beliebteren Fundamentsystem für Hochhäuser. Er betont den wirtschaftlichen und effizienten Charakter der KPRF und hebt ihre Fähigkeit hervor, Siedlungen zu verringern und die Tragfähigkeit zu verbessern. Das Kapitel konzentriert sich auf die dynamischen Eigenschaften von CPRF unter seismischer Belastung, die für Sicherheit und Leistung in hochseismischen Gebieten entscheidend sind. Es klassifiziert verfügbare Studien zu experimentellen, numerischen und analytischen Untersuchungen, von denen jede einzigartige Einblicke in das Verhalten der CPRF bietet. Experimentelle Studien, einschließlich Tests am Schütteltisch und Zentrifugentests, simulieren reale Bedingungen, um die Reaktion des CPRF unter verschiedenen seismischen Szenarien zu verstehen. Numerische Studien, die Finite-Elemente- und Finite-Differenz-Analysen verwenden, liefern detaillierte Modelle zur Vorhersage des Verhaltens von CPRF. Analytische Studien bieten vereinfachte Lösungen, um die dynamische Reaktion von CPRF zu verstehen. Das Kapitel schließt mit der Identifizierung zukünftiger Forschungsbereiche, wie der Notwendigkeit umfassender Analysen unter identischen Bedingungen und kosteneffektiver Evaluierungen des CPRF.

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16. Analytical Study on Dynamic Coupling Interaction Effects Between Adjacent Building Structures

    S. V. Chandramouli, N. Munirudrappa

    Das Kapitel geht der kritischen Frage der Interaktion zwischen Boden und Struktur (SSSI) in dicht besiedelten städtischen Gebieten nach, wo benachbarte Gebäude einander bei Erdbeben dynamisch beeinflussen können. Es beginnt mit der Einführung in die Komplexität urbaner Umgebungen und der Bedeutung von SSSI für die Erdbebentechnik. Die Studie verwendet ein vereinfachtes zweidimensionales Modell zur Darstellung benachbarter Gebäude und des darunter liegenden Bodens, gekoppelt mit einer Drehwechselfeder. Das nicht stationäre Kanai-Tajimi-Beschleunigungsgramm wird als künstlicher seismischer Anregungseingang verwendet, um die dynamischen Reaktionen des gekoppelten SSSI-Systems zu analysieren. Die Forschungsergebnisse zeigen, wie die Nähe von Gebäuden SSSI-Effekte verstärkt, was zu mehr Verdrängung und Beschleunigung führt. Insbesondere zeigt sich, dass das seismische Risiko für das größere Gebäude verringert wird, während das kürzere Gebäude neben dem Gebäude einem erhöhten Risiko ausgesetzt ist. Das Kapitel schließt mit der Betonung der Wichtigkeit weiterer Untersuchungen dieser dynamischen Kopplungseffekte, um die Leistungsbewertung von Gebäuden in dicht besiedelten städtischen Gebieten zu verbessern.

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17. A Comparative Study on Predictive Capability of Different SSI Models

    Monu Lal Burnwal, Prishati Raychowdhury

    Das Kapitel "A Comparative Study on Predictive Capability of Different SSI Models" (Eine vergleichende Studie über die Vorhersagefähigkeit verschiedener SSI-Modelle) taucht in die komplexe Welt der Bodenstrukturinteraktion (SSI-Modellierung) ein. Sie beginnt mit der Anerkennung der Komplexität und Nichtlinearität, die der Modellierung von Böden innewohnen, was die Forscher veranlasste, verschiedene analytische und numerische Ansätze zu entwickeln. Die Studie konzentriert sich auf drei verschiedene SSI-Modelle: das Balkenmodell auf nichtlinearem Winkler-Fundament (BNWF), das Bodenkontinuum-Modell mit starrer Basis und das Bodenkontinuum-Modell mit konformer Basis. Diese Modelle werden mithilfe der Finite-Elemente-Software OpenSees analysiert und bieten Einblicke in ihr Verhalten und ihre Versagensmechanismen. Das Kapitel untersucht methodisch die Auswirkungen unterschiedlicher Randbedingungen, Materialmodelle und Belastungsmuster auf die Vorhersagefähigkeiten dieser Modelle. Durch gestaffelte Analyseverfahren vergleichen die Autoren die grundlegenden Perioden, Verdrängungszeithistorien sowie Spitzenverschiebungen und Beschleunigungen der Modelle. Die Studie schließt mit der Betonung des signifikanten Einflusses der SSI-Modellierung und der Randbedingungen auf den Verdrängungsbedarf und die Genauigkeit der Modelle, wobei das konforme Basismodell die vielversprechendsten Ergebnisse zeigt. Dieser gründliche Vergleich liefert wertvolle Erkenntnisse für Fachleute, die die SSI-Modellierung in ihren Projekten optimieren wollen.

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18. Seismic Performance of Building Frames Considering Soil–Structure Interaction

    M. G. Kalyanshetti, S. A. Halkude

    Das Kapitel geht der entscheidenden Rolle der Boden-Struktur-Interaktion (SSI) bei der Bestimmung der seismischen Leistung von Baugerüsten nach. Sie beginnt mit der Definition der SSI und ihrer Bedeutung, veranschaulicht durch historische Erdbeben. Traditionell in konservativem Design vernachlässigt, wird SSI heute als entscheidend für eine präzise seismische Analyse anerkannt. Die Studie konzentriert sich auf experimentelle Untersuchungen an maßstabsgetreuen Stahlmodellen von Gebäuden unterschiedlicher Höhe, die einer dynamischen Belastung auf einem Schütteltisch ausgesetzt sind. Die Modelle werden durch den Vergleich experimenteller Ergebnisse mit analytischen Simulationen validiert. Das Kapitel vergleicht die seismischen Reaktionen fester und flexibler Grundbedingungen und zeigt, dass SSI signifikant mittlere und hohe Gebäude beeinflusst, während niedrige Gebäude weniger beeinflusst werden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die herkömmliche Analyse fester Sockel für Mittel- und Hochhäuser möglicherweise nicht ausreicht, und empfehlen die Einbeziehung von SSI in ihre Analyse zur Verbesserung der strukturellen Sicherheit.

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