Luận Án Tiến Sĩ Về Mô Hình Giảm Bậc Trong Phân Tích Tương Tác Động Đất - Ống

• Tác giả: Kien Trung Nguyen
• Người hướng dẫn: Professor Domniki Asimaki
• Trường học: California Institute of Technology
• Chuyên ngành: Doctor of Philosophy
• Đề tài: Mô Hình Giảm Bậc Trong Phân Tích Tương Tác Động Đất - Ống
• Loại tài liệu: thesis
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Pasadena

• Acknowledgements
• Published Content and Contributions
• Table of Contents
• List of Illustrations
• List of Tables
• 1. CHƯƠNG 1: Introduction
• 1.1. Pipelines and seismic actions
• 1.2. Methods for soil-pipe interaction analysis
• 1.2.1. Model neglecting soil-pipe interaction
• 1.2.2. Beam-on-Winkler-foundation model considering soil-pipe interaction
• 1.3. Full three-dimensional model considering soil-pipe interaction
• 1.4. Challenges in soil-pipe interaction analysis
• 1.5. Organization of the text
• 2. CHƯƠNG 2: Smooth nonlinear hysteresis model for coupled biaxial soil-pipe interaction in sandy soils
• 2.1. Uniaxial hysteresis model
• 2.2. Biaxial hysteresis model
• 2.3. Finite element method
• 2.4. Smoothed-particle hydrodynamics
• 2.5. Validation of the FEM and SPH models
• 2.6. Parameter calibration for BMBW model
• 2.7. Uniaxial cyclic loading
• 2.8. Suggestions for input parameters
• 3. CHƯƠNG 3: Dynamic axial soil impedance function for rigid circular structures buried in elastic half-space
• 3.1. Review of axial soil impedance function
• 3.2. Analytical solution for soil impedance function of homogeneous half-space
• 3.3. Finite element analysis for soil impedance functions of homogeneous and two-layered half-spaces
• 3.3.1. Numerical computation of impedance function
• 3.3.2. Finite element models
• 3.4. Homogeneous half-space
• 3.5. Two-layered half-space
• 3.5.1. Effect of material contrast
• 3.5.2. Effect of structure location
• 4. CHƯƠNG 4: Dynamic in-plane soil impedance functions for rigid circular structures buried in elastic half-space
• 4.1. Review of in-plane soil impedance functions
• 4.2. Analytical solution for soil impedance functions of homogeneous half-space
• 4.3. Traction-free condition at 𝑦 = 0
• 4.4. Dirichlet boundary condition at cylinder interface
• 4.5. Calculation of in-plane soil impedance functions
• 4.6. Direct evaluation of the integral
• 4.7. Finite element analysis for soil impedance functions of homogeneous and two-layered half-spaces
• 4.7.1. Numerical computation of in-plane soil impedance functions
• 4.7.2. Finite element models
• 4.8. Homogeneous half-space
• 4.9. Effect of burial depth
• 4.10. Effect of Poisson’s ratio
• 4.11. Two-layered half-space
• 4.11.1. Effect of material contrast
• 4.11.2. Effect of structure location
• 5. CHƯƠNG 5: Application: Reduced-order modeling of buried pipe subjected to the propagation of Rayleigh surface wave
• 5.1. Models for soil-pipe interaction analysis
• 5.1.1. Model neglecting soil-pipe interaction
• 5.1.2. Model considering soil-pipe interaction with free-field input
• 5.1.3. Models based on substructure and finite element methods
• 5.2. Results and comparisons
• 5.3. Summary of previous chapters
• Appendix A: Asymptotic method for computing high oscillatory integrals

I. Mô Hình Giảm Bậc Trong Phân Tích Tương Tác Động Đất Ống

Mô hình giảm bậc là một công cụ quan trọng trong việc phân tích tương tác đất - ống. Mô hình này giúp đơn giản hóa các phương pháp phân tích phức tạp, cho phép đánh giá hiệu quả hơn về tác động của động đất lên các hệ thống ống dẫn. Việc sử dụng mô hình giảm bậc giúp giảm thiểu thời gian tính toán và tăng cường khả năng dự đoán các phản ứng của hệ thống ống dưới tác động của các lực bên ngoài. Mô hình này được phát triển dựa trên các nguyên lý cơ bản của phân tích số liệu và kỹ thuật địa chất. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng mô hình giảm bậc có thể cải thiện độ chính xác trong việc dự đoán các phản ứng của ống dẫn trong các điều kiện khác nhau của đất.

1.1. Phân Tích Tương Tác Đất

Phân tích tương tác đất là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong kỹ thuật địa chất. Nó liên quan đến việc hiểu cách mà đất và các cấu trúc như ống dẫn tương tác với nhau dưới tác động của các lực bên ngoài. Các mô hình phân tích hiện tại thường sử dụng các phương pháp phức tạp như phân tích phần tử hữu hạn (FEM) để mô phỏng các điều kiện thực tế. Tuy nhiên, những phương pháp này có thể tốn kém về thời gian và tài nguyên. Mô hình giảm bậc cung cấp một giải pháp thay thế hiệu quả hơn, cho phép các kỹ sư và nhà nghiên cứu nhanh chóng đánh giá các tác động của động đất mà không cần phải thực hiện các phân tích phức tạp. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc thiết kế và bảo trì các hệ thống ống dẫn, nơi mà sự an toàn và độ tin cậy là rất cần thiết.

1.2. Mô Hình Toán Học

Mô hình toán học trong phân tích tương tác đất - ống thường bao gồm các phương trình mô tả hành vi của đất và ống dưới tác động của các lực bên ngoài. Mô hình giảm bậc được phát triển để đơn giản hóa các phương trình này, giúp dễ dàng hơn trong việc tính toán và phân tích. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng mô hình này có thể đạt được độ chính xác cao trong việc dự đoán các phản ứng của ống dẫn trong các điều kiện khác nhau của đất. Việc sử dụng các phương pháp như kỹ thuật phân tích số liệu và mô hình hóa động học giúp cải thiện khả năng dự đoán và giảm thiểu rủi ro trong thiết kế và vận hành các hệ thống ống dẫn.

1.3. Ứng Dụng Thực Tiễn

Mô hình giảm bậc không chỉ có giá trị trong lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp. Các kỹ sư có thể sử dụng mô hình này để đánh giá tác động của động đất lên các hệ thống ống dẫn, từ đó đưa ra các biện pháp thiết kế và bảo trì hợp lý. Việc áp dụng mô hình giảm bậc giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình phân tích, đồng thời nâng cao độ an toàn cho các hệ thống ống dẫn. Các nghiên cứu thực địa đã chứng minh rằng việc sử dụng mô hình này có thể giảm thiểu thiệt hại do tác động môi trường và cải thiện khả năng phục hồi của các hệ thống hạ tầng quan trọng.