Contribution to the nonlinear static seismic analysis of shallow founded buildings by taking into account soil-structure interaction

Doktorska disertacija promatra međudjelovanje tla i konstrukcije prilikom potresnog opterećenja konstrukcija za proračune pomoću nelinearne statičke metode. Kompleksan problem međudjelovanja tla i konstrukcije modeliran je i uključen u numeričke proračune pomoću jednostavnih i često korištenih alata za modeliranje, uz nadu kako će ovo metodu učiniti šire primjenjivom struci. Za razvoj modela i koraka za modeliranje međudjelovanja tla i konstrukcije korištena su tri eksperimentalna istraživanja, od kojih su dva izvorni radovi autorice. Tako je numerički model prvotno testiran na eksperimentu s monotno rastućim opterećenjem za model okvira konstrukcije na tlu i upetog u podlogu, zatim cikličkom pobudom za slučaj temelja sa stupom, nakon čega slijedi dinamičko ispitivanje okvira na potresnoj platformi za slučaj konstrukcije upete u podlogu i na lokalnom dravskom pijesku. Tako je numerički model mogao biti kalibriran za slučaj nelinearnog ponašanja tla uzimajući u obzir i trošenje energije u tlu. U sklopu disertacije proučavan je i dravski pijesak za koji su utvrđena svojstva potrebna za numeričko modeliranje tla. Numerički model konstrukcije te sustav tlo-konstrukcija izrađeni su koristeći SAP2000 numerički porgram. Definiran i kalibriran model i koraci za uzimanje u obzir međudjelovanja tla i konstrukcije numerički su testirani na trodimenzionalnoj čeličnoj konstrukciji dimenzioniranoj prema Eurocode normama. Konstrukciji su dimenzionirani temelji te je numerički modelirano i tlo te je provedena nelinearna statička analiza. Rezultati nelinearne statičke analize – N2 metode validirani su pomoću nelinearne dinamičke analize u vremenu koristeći 14 vremenskih zapisa ubrzanja stvarnih i modificiranih potresa. Konačno je definirana metodologija i algoritam provođenja N2 metode uz uzimanje u obzir međudjelovanja tla i konstrukcije te su dane smjernice za daljnja istraživanja.The doctoral dissertation observes seismic soil structure interaction in nonlinear static procedure. The complex problem of soil-structure interaction has been modeled and incorporated into numerical calculations using simple and frequently used modeling tools, with the aim of making it widely applicable to the professional community. Three experimental studies were used to develop models and procedures for modeling interaction of soil and structure, two experimental researchers are original scientific contribution. Thus, the numerical model was initially developed for a monotonically increasing load experiment conducted on steel frame models founded on sand and as fixed base. Further, a cyclic excitation is used in the case of a foundation with a column, followed by dynamic testing of the frame fixed into the shaking platform and founded on local drava sand. Thus, the numerical model could be calibrated for the case of nonlinear soil behavior taking into account the energy consumption in the soil. As part of the dissertation, Drava sand was studied and soil prorperties needed for numerical modelling were determined. Numerical models of structures and soil-structure systems were created using the SAP2000 numerical program. Defined and calibrated models with procedures for for taking into account soil-structure interaction were numerically tested on a three-dimensional steel structure designed according to Eurocode standards. Results of nonlinear static analysis - N2 method were validated using nonlinear dynamic tests consisting of 14 acceleration time hystory records of real and modified earthquakes. Finally, the methodology and algorithm for implementing the N2 method were defined, taking into account the interaction between soil and structure, and guidelines for further research were given