复合地基褥垫层减震研究
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摘要
地基隔震法是指在建筑物基础与地基之间设置隔震层,来减少地面运动向基础和上部结构的传递,减少上部建筑物的地震响应,达到隔震减震的目的。地基隔震法虽然是新型的隔震方法,但在国内外也有部分学者进行过一些探讨及试验。本论文从复合地基褥垫层减震性能的分析为基础,采用地基、基础和上部结构共同作用的整体计算模型来进行褥垫层对上部结构地震反应的研究。
论文首先介绍了垫层的基本概念和褥垫层减震的国内外研究现状,以地基隔震理论为基础,分析了复合地基褥垫层的力学性能和隔震原理,通过建立动力平衡方程,对比分析了设有褥垫层和基础固定抗震结构的动力方程,从理论上分析褥垫层的减震性;建立了复合地基褥垫层在水平地震作用时的一维动力方程。
利用大型有限元软件ANSYS建立了考虑复合地基、褥垫层、上部结构共同作用的计算分析模型并验证了模型的可靠性;通过对有限元计算模型输入天津波、El-Centro波、Traft波,同时改变褥垫层厚度、褥垫层刚度、复合地基桩体模量、复合地基桩体置换率、褥垫层材料等参数,重点研究了在动荷载作用下上部结构的水平位移、水平加速度、褥垫层顶部和底部的水平加速度,分析了其减震机理和减震效果。
研究结果表明,复合地基褥垫层能延长上部结构的基本周期,减小上部结构的基本频率,褥垫层厚度、刚度、材料、模量、置换率、输入地震波的种类等都对上部结构产生的振动具有一定的影响,其减震性能随各种因素组合的不同而不同。
The foundation isolation method is setting a isolation layer between the foundation base and foundation of the building, to reduce the ground motion transfer to the foundation and the upper structure, to reduce seismic response of buildings, to achieve the purpose of isolation and response. Although it is a new isolation method, but there are some scholars at home and abroad to explore and test. Cushion composite foundation based on the basic concepts of ground vibration isolation and base isolation, adopting the common model to studying cushion influence to seismic response of upper structure.
In this paper, it firstly introduces the basic concepts of cushion and the current research status of cushion shock,based on the theory of base isolation,analysising the mechanical properties and isolation principle of composite foundation cushion, through establishing the dynamic equilibrium equation, comparative analysising the basic dynamic equations of the structure fixed with cushion and seismic, theoretically analysising the damping performance of the shock absorption cushion, establishing a one-dimensional dynamic equation when cushion composite foundation in horizontal earthquake role.
Establishing a limited model considering the interaction of composite foundation, cushion and the upper structure utilizing ANSYS finite element software, to input Tianjin wave, El-Centro wave, Traft wave, to change the thickness of cushion, cushion stiffness, modulus of composite pile foundation, pile composite foundation replacement rate, cushion material, to focus on the horizontal displacement of the upper structure, horizontal acceleration, cushion at the top and base horizontal acceleration, analysising its mechanism and the damping effect of damping.
The results show that the cushion of the composite foundation structure can extend basic cycle of the upper structrue, and reduce the fundamental frequency of the upper structure. Cushion thickness, stiffness, material, modulus, replacement rate and the type of seismic wave are all have certain influence to the upper structure vibrations, its damping performance is different along with the combination of different factors.
论文首先介绍了垫层的基本概念和褥垫层减震的国内外研究现状,以地基隔震理论为基础,分析了复合地基褥垫层的力学性能和隔震原理,通过建立动力平衡方程,对比分析了设有褥垫层和基础固定抗震结构的动力方程,从理论上分析褥垫层的减震性;建立了复合地基褥垫层在水平地震作用时的一维动力方程。
利用大型有限元软件ANSYS建立了考虑复合地基、褥垫层、上部结构共同作用的计算分析模型并验证了模型的可靠性;通过对有限元计算模型输入天津波、El-Centro波、Traft波,同时改变褥垫层厚度、褥垫层刚度、复合地基桩体模量、复合地基桩体置换率、褥垫层材料等参数,重点研究了在动荷载作用下上部结构的水平位移、水平加速度、褥垫层顶部和底部的水平加速度,分析了其减震机理和减震效果。
研究结果表明,复合地基褥垫层能延长上部结构的基本周期,减小上部结构的基本频率,褥垫层厚度、刚度、材料、模量、置换率、输入地震波的种类等都对上部结构产生的振动具有一定的影响,其减震性能随各种因素组合的不同而不同。
The foundation isolation method is setting a isolation layer between the foundation base and foundation of the building, to reduce the ground motion transfer to the foundation and the upper structure, to reduce seismic response of buildings, to achieve the purpose of isolation and response. Although it is a new isolation method, but there are some scholars at home and abroad to explore and test. Cushion composite foundation based on the basic concepts of ground vibration isolation and base isolation, adopting the common model to studying cushion influence to seismic response of upper structure.
In this paper, it firstly introduces the basic concepts of cushion and the current research status of cushion shock,based on the theory of base isolation,analysising the mechanical properties and isolation principle of composite foundation cushion, through establishing the dynamic equilibrium equation, comparative analysising the basic dynamic equations of the structure fixed with cushion and seismic, theoretically analysising the damping performance of the shock absorption cushion, establishing a one-dimensional dynamic equation when cushion composite foundation in horizontal earthquake role.
Establishing a limited model considering the interaction of composite foundation, cushion and the upper structure utilizing ANSYS finite element software, to input Tianjin wave, El-Centro wave, Traft wave, to change the thickness of cushion, cushion stiffness, modulus of composite pile foundation, pile composite foundation replacement rate, cushion material, to focus on the horizontal displacement of the upper structure, horizontal acceleration, cushion at the top and base horizontal acceleration, analysising its mechanism and the damping effect of damping.
The results show that the cushion of the composite foundation structure can extend basic cycle of the upper structrue, and reduce the fundamental frequency of the upper structure. Cushion thickness, stiffness, material, modulus, replacement rate and the type of seismic wave are all have certain influence to the upper structure vibrations, its damping performance is different along with the combination of different factors.
引文
[1]谢定义,林本海,邵生俊.岩土工程学[M].北京:高等教育出版社,2008
[2]闫明礼,张东刚. CFG桩复合地基技术及工程实践[M].北京:中国水利水电出版社,2006.
[3]王风驰,朱浮声,杨煦,白泉.复合地基的减振模型及算例[J].东北大学学报(自然科学版).2005,26(6).
[4]武田寿一等.建筑物隔震防震与控振[M].中国建筑工业出版社.1997
[5]许学忠,李庆山.地下封闭爆炸引起的地表冲击与隔离[J].震动与冲击.1996,15(6)
[6]林本海.复合地基的液化检验理论及其应用[D].中国水利水电出版社.1999.
[7]刘广君,韩银泉. CFG桩复合地基中褥垫层的抗震性能分析[J].石家庄铁路工程职业技术学院学报.2003,2(2).
[8]刘稚嫒.砂垫层减震性能研究[D].河北工业大学.1997
[9]刘晓立,史书阁,宋义敏,窦远明,刘稚媛.输入地震动对砂垫层隔震的影响华北航天工业学院学报. 2004,14(3).
[10]刘晓立,王江,窦远明,刘稚媛.砂垫层厚度及基底压力对地面地震反应的影响.华北航天工业学院学报. 2004,14(2).
[11]刘晓立,张春梅,窦远明,刘稚媛.砂垫层刚度对地面地震反应的影响研究华北航天工业学院学报. 2004,14(4).
[12]王凤池,朱浮声,林勇.复合地基垫层的减振作用分析[J].世界地震工程.2004,20(3).
[13]徐自国,宋二祥.刚性桩复合地基抗震性能的有限元分析[J].岩土力学.2004,25(2)
[14]窦远明,刘晓立,赵少伟,刘稚媛.砂垫层隔震性能的试验研究[J].建筑结构学报.2005,26(1)
[15]赵少伟,窦远明,郭蓉,蔡秀艳.基础下砂垫层隔震性能振动台试验研究[J].河北工业大学学报,2005,24(3)
[16]鲍鹏,盛桂林,姜忻良.劲性搅拌桩复合地基的抗震性能[J].中国农业大学学报.2005,10(6)
[17]邹颖娴.砂砂石垫层的隔震性能研究[D].西安建筑科技大学.2006
[18]胡再强,王军星,刘兰兰,焦黎杰.褥垫层作用下复合地基抗震性能有限元分析[J].岩土力学,2008.29(增)
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[20]白举科,陈龙珠.复合地基褥垫层上结构水平地震响应分析[J].工程抗震与加固改建. 2009.31(2)
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[68]赵明华.土力学与基础工程[M].武汉:武汉工业大学出版社,2000
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[71]朱玉华,施卫星等.基础隔震房屋模型振动台对比试验与分析[J].同济人学学报,2001,29(5)