Árbók VFÍ/TFÍ - 01.06.2005, Blaðsíða 236

verka hvor á annan. Þessi samvirkni staura er háð innbyrðis fjarlægð á milli staura, tíðni
jarðvegshreyfingar sem og stífnihlutfalli milli staura annars vegar og jarðvegs hins vegar.
Til viðbótar við ofangreinda þætti kemur að erfitt og vandasamt er að ákvarða eðlis-
eiginleika jarðvegsins sem umlykur staurana og að eiginleikarnir breytast gjarnan með
dýpi. Það er því ljóst að það þarf að huga að mörgu þegar meta á jarðskjálftasvörun
mannvirkis sem grundað er á stauraþyrpingu. Viðfangsefnið er vel þekkt í jarðtæknilegri
jarðskjálftaverkfræði og margar misflóknar aðferðir og eðlisfræðileg líkön hafa verið
þróuð og sett fram [3], [4], [5], og [6]. Viðfangsefnið er í stöðugri þróun.
Verkefnið sem hér er kynnt fjallar um samvirkni jarðvegs, staura og mannvirkis (e. soil-
pile-structure interaction). Meginmarkmiðið var að finna og þróa aðferð sem nota mætti
við að skilgreina og ákvarða stífni- og deyfnieiginleika fyrir stauraundirstöðu, sem síðan
mætti nota beint við uppbyggingu á tölvutæku reiknilíkani til að meta jarðskjálftasvörun
mannvirkisins. Miðað var við að reiknilíkanið væri grundvallað á einingaraðferðinni
(e. the finite element method). Lögð var áhersla á að hægt væri að styðjast við hefðbundin
einingarforrit þar sem hermt væri eftir jarðvegi og staurum með línulega jafngildum
gormum og dempurum. Annað meginmarkmið verkefnisins var að beita aðferðinni á
raunverulegt viðfangsefni. Ný brú á Brúará á Laugarvatnsvegi var valin í þessu sam-
hengi. Brúin er grunduð á stauraþyrpingu ásamt því að vera staðsett á jarðskjálfta-
svæðum Suðurlands. Ekki var hugað að ysjun í verkefninu.
Verkefnið var unnið sem 15 eininga meistaraverkefni við umhverfis- og byggingarverk-
fræðiskor Háskóla Islands [7]. Það var stutt af Rannsóknarsjóði Vegagerðarinnar. Hægt er
að nálgast ritgerðina á pdf-sniði á vefslóðinni http://www.verk.hi.is/page/msublst
Aðferðafræði
Almennt um samvirkni jarðvegs og burðarvirkis
I hefðbundinni hreyfðarfræðilegri greiningu (e. dynamic analysis) byggingar vegna
jarðskjálftaálags er frjálssviðs yfirborðshreyfing (e.free-field ground motion) yfirleitt fundin
fyrir þyggingarstaðinn og hún síðan notuð til að örva undirstöður byggingarinnar (e.
fixed-base building). Þessi aðferðarfræði á vel við þegar byggingin er grunduð á klöpp. I
þeim tilvikum þegar byggingin er grunduð á mjúku jarðvegslagi er jarðskjálftahreyfingin
í grunni byggingarinnar almennt ekki sú sama og frjálssviðs yfirborðshreyfing. Tilvist
burðarvirkis breytir frjálssviðs hreyfingunum sökum þess að samvirkni verður milli
jarðvegsins og burðarvirkisins og myndast þar með nýtt hreyfðarfræðilegt kerfi. Ferlið
þar sem svörun jarðvegs hefur áhrif á hreyfingu burðarvirkis og svörun burðarvirkis
hefur áhrif á hreyfingu jarðvegs nefnist samvirkni jarðvegs og burðarvirkis (e. soil-struc-
ture interactioti) [8]. Ferlið orsakast af tvennu:
• Vangetu stífrar undirstöðu mannvirkis (t.d. steyptrar botnplötu) til að aðlagast
frjálssviðs aflögun mjúks jarðvegs. Þetta er kallað hreyfnisamvirkni (e. kinematic
interaction).
• Áhrifum hreyfðarfræðilegrar svörunar burðarvirkis á hreyfingu burðarjarðvegs-
ins. Þetta er oft kallað tregðusamvirkni (e. inertial interaction). Hér eru það tregðu-
kraftar vegna eiginmassa mannvirkis sem valda áraun og formbreytingum á jarð-
veginn sem umlykur undirstöður mannvirkisins.
Við línulega eða jafngilda línulega greiningu er hægt að aðgreina áhrif hreyfnisamvirkni
og tregðusamvirkni. Áhrif hreyfnisamvirkni eru þá fyrst ákvörðuð og síðan notuð sem
inngögn við greiningu á tregðusamvirkni. Samlagning niðurstaða greininganna tveggja
gerir mögulegt að ákvarða heildarsvörun [8]. Hreyfnisamvirkni er yfirleitt aðeins marktæk
fyrir mjög mjúkan jarðveg þar sem gildi fjaðurstuðuls jarðvegs við yfirborð er nærri núlli.
2 3 4 | Arbók VFl/TFl 2005