Dynamic analysis of soil-structure system using spectral element method

Abstract

3D numerical model for dynamic response analysis of multi-storey frame structures including soil-structure interaction has been developed using the Spectral Element Method (SEM). The structure was modeled using the SEM, while the dynamic stiffness matrix of the soil – foundation interface was determined using the Integral Transform Method (ITM). The structure consists of one – dimensional elements: beams and columns, and two – dimensional elements: plates. The soil consists of horizontal layers over the bedrock or half space. The Projection method was used to develop the dynamic stiffness matrices for the transverse and in-plane vibration of plates with arbitrary boundary conditions. The method for coupling one-dimensional and twodimensional spectral elements was developed, as well as the coupling of the spectral elements with the soil spring – dashpot elements. Using the proposed numerical model 3D frame structures founded on soil of variable stiffness and subjected to ground vibrations induced by traffic were analyzed.

У овом раду приказан је 3Д нумерички модел за динамичку анализу вишеспратних рамовских конструкција узимајући у обзир садејство између тла и конструкције. За моделирање конструкције коришћен je Метод спектралних елемената, док је динамичка матрица крутости тла одређена применом Методе интегралних трансформација. Конструкција се састоји од једнодимензионалних елемената: греда и стубова, и дводимензионалних елемената: плоча. Тло се састоји од хоризонталних слојева изнад круте базе или полупростора. Матрице крутости плоча напрегнутих на савијање и у својој равни одређене су применом Методе пројекције. Развијен је поступак спрезања једнодимензионалних и дводимензионалних спектралних елемената, као и спрезање тако формираног модела са тлом. Примена формираног 3Д модела приказана је на анализи 3Д рамовских конструкција фундираних на тлу различите крутости, изложених дејству вибрација изазваних саобраћајним оптерећењем.