Structural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsStructural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsСтроительная механика инженерных конструкций и сооружений1815-52352587-8700Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)2141510.22363/1815-5235-2019-15-3-229-236Dynamics of structures and buildingsДинамика конструкций и сооруженийResearch ArticleCalculation of foundation vertical stiffness with the piles mutual influence effectРасчет вертикальной жесткости фундамента с учетом взаимного влияния свай1225-7017KolesnikovAleksei O.КолесниковАлексей Олегович

Cand. Sc. (Technical), Associate Professor, Department of Engineering Geology, Bases and Foundations

кандидат технических наук, доцент, кафедра инженерной геологии, оснований и фундаментов

ao_kolesnikov@mail.ru5302-2974KostiukTatiana N.КостюкТатьяна Николаевна

master student, Department of Engineering Geology, Bases and Foundations

магистрант, кафедра инженерной геологии, оснований и фундаментов

ao_kolesnikov@mail.ru9483-9689PopovVladimir N.ПоповВладимир Николаевич

Dr. Sc. (Physics-Mathematical), Chief Researcher

доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник

ao_kolesnikov@mail.ruNovosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (Sibstrin)Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)Khristianovich Institute of Theoretical and Applied MechanicsИнститут теоретической и прикладной механики имени С.А. Христиановича СО РАН15122019153VOL 15, NO3 (2019)ТОМ 15, №3 (2019)22923608072019Copyright ©; 2019, Kolesnikov A.O., Kostiuk T.N., Popov V.N.Copyright ©; 2019, Колесников А.О., Костюк Т.Н., Попов В.Н.2019Kolesnikov A.O., Kostiuk T.N., Popov V.N.Колесников А.О., Костюк Т.Н., Попов В.Н.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/structural-mechanics/article/view/21415

Aims of research. Studies to determine the effect of the distance between the piles in group with vertical oscillations of pile foundations on the value of dynamic stiffness are carried out and the results obtained in full-scale tests, within the wave model and according to SP 26.13330.2012 are compared. Methods. The eigenfrequency changes of the foundation of nine piles with a diameter ( d ) with a high pile cap are calculated depending on the distances between the piles - 2 d , 3 d and 5 d . The obtained results are compared with the data obtained after a series of pulse dynamic loads performed under semi-natural conditions on foundation models. The values of the transverse wave velocities were determined directly at the test site. Results. It is found that the reduction of the distance between the piles in the bush leads to a decrease in the natural vibration frequencies of pile foundations. Reducing the distance between piles from 5 to 2 diameters of piles leads to reduce the frequency of vertical vibrations of pile foundations by 1. times. It is shown the advantage of the results of calculations in the frame-work of the wave model in comparison with the method of SP 26.13330.2012. Also shown their high coincidence with the values obtained in the course of experiments, which allows to accurately determine the amplitude-frequency characteristics of the foundations. The results determined according to SP 26.13330.2012 have significantly lower values of natural frequencies and do not fully reflect the change in the distance between the piles. The maximum discrepancy with the experimental data is 2.7 times for the vertical oscillations of the pile foundation.

Цели. В статье описаны исследования по определению влияния расстояния между сваями в кусте при вертикальных колебаниях фундаментов на величину динамической жесткости и сравниваются результаты, полученные при натурных испытаниях, в рамках волновой модели и согласно СП 26.13330.2012. Методы. Рассчитаны собственные частоты колебаний фундаментов из девяти свай диаметром d с высоким ростверком в зависимости от расстояний между сваями - 2 d , 3 d и 5 d . Полученные результаты сравнены с данными, полученными после серии импульсных динамических нагружений, выполненных в полунатурных условиях на моделях фундаментов. Значения скоростей поперечных волн определены непосредственно на опытном полигоне по результатам измерений. Результаты. Установлено, что увеличение расстояния между сваями в кусте приводит к повышению частот собственных колебаний свайных фундаментов. При изменении расстояния между сваями с 2 d до 5 d при вертикальных колебаниях фундаментов частота возрастает в 1,32 раза. Показано преимущество результатов расчетов в рамках волновой модели по сравнению с методом из СП 26.13330.2012 и их высокое совпадение с величинами, полученными в ходе экспериментов, что позволяет достоверно определять амплитудно-частотные характеристики фундаментов. Показатели, определяемые согласно СП 26.13330.2012, имеют значительно более низкие значения частот собственных колебаний с максимальным расхождением с экспериментальными данными в 2,7 раза и не в полной мере отражают изменение расстояния между сваями.

foundation under equipmentmutual influence of piles in groupwave modelnatural-vibration frequency of the pile foundationфундамент под машинувзаимное влияние свай в группеволновая модельсобственная частота колебаний свайного фундаментаSP 26.13330.2012. Foundations of machines with dynamic loads. Updated version of SNiP 2.02.05-87. Enter. 2013-01-01.СП 26.13330.2012. Фундаменты машин с динамическими нагрузками. Актуализированная редакция СНиП 2.02.05-87. Введ. 2013-01-01. ASCE Geotech. Eng. Div. Spec. Conf. on Earthq. Eng. and Soil Dyn. 1978. Vol. 1. Pp. 600-619.Rashidifar M.A., Rashidifar A.A., Abertavi A. (2016). Nonlinear characteristics of the pile soil system under vertical vibration. Universal Journal of Engineering Science, 4(4), 59-65.Sheta M., Novak M. Vertical vibration of pile groups // J. Geotech. Engng. 1982. Vol. 108. Pp. 570-590.Novak M., El Sharnouby B. (1984). Evaluation of dynamic experiments on pile group. Jl. of Geotech. Eng., 110(6), 738-756.Veletsos A.S., Dotson K.W. Vertical and torsional vibration of foundations in inhomogeneous media // Jl. of Geotech. Eng. 1988. Vol. 114. Issue 9. Pp. 1002-1021.Poulos H.G. (1968). Analysis of the settlement of pile groups. Geotechnique, 18(4), 449-471.El Naggar M.H., Novak M. Non-linear model for dynamic axial pile response // Jl. of Geotech. Eng. 1994. Vol. 120. Issue 2. Pp. 308-329.Novak M., Grigg R.F. (1976). Dynamic experiments with small pile foundations. Canadian Geotech. J., 13(4), 372-385.Gazetas G., Makris N. Dynamic pile-soil-pile interaction. Part I. Analysis of axial vibration // Earthquake Engng. ASCE. 1991. Vol. 20. Pp. 115-132.ACI Committee 351. (2004). Foundations for dynamic equipment. American Concrete Institute.Баранов В.А. О расчете вынужденных колебаний заглубленного фундамента // Вопросы динамики и прочности: тр. Рижского ПИ. 1967. № 14. С. 195-209.Matlock H., Foo S.H.C., Bryant L.M. (1978). Simulation of lateral pile behaviour under earthquake motion. Proc. ASCE Geotech. Eng. Div. Spec. Conf. on Earthq. Eng. and Soil Dyn., 1, 600-619.Колесников А.О., Попов В.Н. Оценка динамических реакций на контурах нескольких круглых вырезов при колебаниях пластины // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2014. № 3. С. 37-43.Sheta M., Novak M. (1982). Vertical vibration of pile groups. J. Geotech. Engng., 108, 570-590.Hassini S., Woods R.D. Dynamic experiments with model pile foundations // Proc. 12th ICSMFE. 1989. Vol. 2. Pp. 1135-1138.Veletsos A.S., Dotson K.W. (1988). Vertical and torsional vibration of foundations in inhomogeneous media. Jl. of Geotech. Eng., 114(9), 1002-1021.Han Y., Vaziri H. Dynamic response of pile groups under lateral loading // Soil Dyn. and Earthq. Eng. 1992. Vol. 11. Pp. 87-99.El Naggar M.H., Novak M. (1994). Non-linear model for dynamic axial pile response. Jl. of Geotech. Eng., 120(2), 308-329.Manna B., Baidya D.K. Dynamic nonlinear response of pile foundations under vertical vibration. Theory versus experiment // Soil Dyn. and Earthq. Eng. 2010. Vol. 30. Pp. 456-469.Gazetas G., Makris N. (1991). Dynamic pile-soilpile interaction. Part I. Analysis of axial vibration. Earthquake Engng. ASCE, 20, 115-132.Burr J.P., Pender M.J., Larkin T.J. Dynamic response of laterally excited pile groups // Jl. of Geotech. & Geoenviron. Eng. 1997. Vol. 123. No. 1. Pp. 1-8.Baranov V.A. (1967). O raschete vyinuzhdennyikh kolebaniy zaglublennogo fundamenta [On the calculation of forced oscillations of the deepening foundation]. Voprosy dinamiki i prochnosti: Trudyi Rizhskogo Politekhnicheskogo Instituta, (14), 195-209. (In Russ.)Blaney G.W., Muster G.L., O'Neill M.W. Vertical vibration test of a full-scale pile group // Geotechnical Special Publication. 1987. No. 11. Pp. 149-165.Kolesnikov A.O., Popov V.N. (2014). Otsenka dinamicheskikh reaktsiy na konturakh neskol’kikh kruglyikh vyirezov pri kolebaniyakh plastinyi [An estimation of dynamic reactions on the contour of several circular cuts at plate oscillations]. Stroitel'naya mekhanika inzhenernykh konstruktsiy i sooruzheniy, (3), 37-43. (In Russ.)Crouse C.B., Cheang L. Dynamic testing and analysis of pile-group foundations // Geotechnical Special Publication. 1987. No. 11. Pp. 79-98.Hassini S., Woods R.D. (1989). Dynamic experiments with model pile foundations. Proc. 12th ICSMFE, 2, 1135-1138.Колесников А.О., Попов В.Н. Динамические реакции на контурах круговых вырезов с учетом их взаимного расположения при колебаниях пластины // Известия ВНИИГ имени Б.Е. Веденеева. 2017. Т. 283. C. 3-10.Han Y., Vaziri H. (1992). Dynamic response of pile groups under lateral loading. Soil Dyn. and Earthq. Eng., 11, 87-99.Prakash S., Sharma H.D. Pile Foundations in Engineering Practice. John Wiley&Sons, Inc., 1990. 784 p.Manna B., Baidya D.K. (2010). Dynamic nonlinear response of pile foundations under vertical vibration. Theory versus experiment. Soil Dyn. and Earthq. Eng., 30, 456-469.Chowdhury I., Dasgupta S.P. Dynamics of Structure and Foundation - A Unified Approach: 1. Fundamentals. CRC Press, 2008. 882 p.Burr J.P., Pender M.J., Larkin T.J. (1997). Dynamic response of laterally excited pile groups. Jl. of Geotech. & Geoenviron. Eng., 123(1), 1-8.Novak M., El Sharnouby B. Stiffness and damping constants for single piles // Jl. of Geotech. Eng. 1983. Vol. 109. Pp. 961-974.Blaney G.W., Muster G.L., O'Neill M.W. (1987). Vertical vibration test of a full-scale pile group. Geotechnical Special Publication, (11), 149-165.Crouse C.B., Cheang L. (1987). Dynamic testing and analysis of pile-group foundations. Geotechnical Special Publication, (11), 79-98.Kolesnikov A.O., Popov V.N. (2017). Dinamicheskie reaktsii na konturakh krugovyikh vyirezov s uchetom ikh vzaimnogo raspolozheniya pri kolebaniyakh plastinyi [Dynamic reactions on contours of circular cuts taking into account their mutual arrangement at plate oscillations]. Izvestiya VNIIG imeni B.Ye. Vedeneeva, 283, 3-10. (In Russ.)Prakash S., Sharma H.D. (1990). Pile foundations in engineering practice. John Wiley&Sons, Inc.Chowdhury I., Dasgupta S.P. (2008). Dynamics of Structure and Foundation - A Unified Approach: 1. Fundamentals. CRC Press.Novak M., El Sharnouby B. (1983). Stiffness and damping constants for single piles. Jl. of Geotech. Eng., 109, 961-974.