复合地基不同褥垫层厚度的减震效应研究

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1、复合地基不同褥垫层厚度的减震效应研究[摘要]在地震情况下，复合地基通过褥垫层向上部结构传播地震能量，传播过程中，褥垫层吸收大量地震能量，从而减小上部结构对地震的响应。本文通过采用ANSYS进行动力特性分析，比较了褥垫层厚度分别在0.2m、0.4m、0.6m条件下的减震效应，分析了各厚度条件下上部结构顶层（60节点）的加速度和位移，上部结构顶层、中间层和底层的位移及褥垫层底部1300节点和基础底部180节点的加速度，研究结果表明，褥垫层厚度越厚，减震效果越好，且褥垫层厚度在0.4-0.6m时减震效果最明显

2、。关键词：褥垫层；减震；加速度；位移中图分类号：U213文献标识码：A1．前言复合地基褥垫层是指在结构刚性基础和复合地基之间的散体垫层。一般采用300～500mm厚的碎石沙粒为材料敷设并压实而成。研究表明,褥垫层是桩体复合地基形成的必要条件，如果没有褥垫层，桩间土不能充分发挥其承载能力，也就无法形成桩体复合地基。当承担竖直方向荷载时，它可以调节上部荷载传递的均匀性，并协调各桩之间共同承担荷载；在承担，水平荷载时，它可以使水平荷载在摩擦面上分布均匀，改变刚性基础与地基之间的摩擦力大小等作用[1]。8在地震

3、过程中，建筑的上部结构可视为整体，相对抗剪刚度较小的褥垫层充当耗能层，从而使得地震衰弱，地震惯性力可以得到一定的控制，从而达到减震的目的。复合地基设置的垫层，在水平地震作用下上部结构通过褥垫层中的颗粒间重排、内部剪切变形的方式消耗地震能量；复合地基的桩与上部结构通过褥垫层连接，桩和上部结构的刚度相对褥垫层较大，为此，褥垫层的振动效应最大，而上部结构振动效应降低；在承担竖向荷载时，褥垫层可以保证上部荷载传递的均匀性，并保证桩与桩间土两者共同承担荷载；在承担水平地震荷载时，褥垫层可以保证荷载在摩擦面上的分布

4、均匀，改变刚性基础与地基之间的摩擦力。2褥垫层的减震机理在水平力的作用下，剪切面发生在抗剪强度最小的滑面上[2]。由于桩与桩间土的复合抗剪强度远大于褥垫层的抗剪强度，所以在水平地震力的作用下，滑动面只能产生在褥垫层表面或褥垫层中。剪切力只是依靠褥垫层的抗剪能力传递到桩头部分剪力，因此桩头的弯矩比桩基的要小，同时桩头位移也较小。实验证明[3]，在垂直荷载的作用下，由于褥垫层的存在，当基础承受水平荷载时，褥垫层厚度大于100mm时，使桩收到的力较小。当桩头侧移时，桩8作者简介：黄海清（1963-），男（汉族

5、），江西省宜春人，助理工程师，E-mail：234868934@qq.com手机：18970842594前面的土体产生的被动土压力较小，桩几乎不产生塑性变形而保证桩土共同承担荷载。地震水平加速度依靠垫层与基础之间的摩擦力来传递，消耗震动能量，使结构在大震中不倒。地震上部结构的最大基底剪力是垫层与基础之间的极限摩擦力[4]。3不同褥垫层厚度对上部结构减振效应分析研究复合地基褥垫层厚度改变对上部结构反应的地震时程规律时，应该把其他变量均设为定值以保证褥垫层厚度为唯一变量。因此我们把褥垫层的弹性模量定为100

6、MPa，且为刚性桩，地震波取天津波，考虑到实际情况，我们将褥垫层厚度分别取0.2m，0.4m，0.6m，0.8m。在研究中主要对顶层60节点的加速度和位移进行分析，对比顶层、中间层和底层的位移、垫层地步1300节点和基础地步180节点的加速度等进行分析，进而得出规律性的总结。3.1不同褥垫层对上部结构减震效应研究3.1.1不同垫层厚度对上部结构顶层位移的影响8图3-1为不同褥垫层厚度在顶层（60节点）的位移值，从图中可以看出，不同的褥垫层厚度对上层结构的减震效果不同。褥垫层厚度为0.2m、0.4m、0.

7、6m、0.8m时分别对应的上部结构顶层位移最大幅值为0.0752m、0.0713m、0.0642m、0.0617m，褥垫层厚度为0.4m时位移最大幅值比褥垫层厚度为0.2m时减小0.0039m，减小幅度为5.2%；褥垫层厚度为0.6m时位移最大幅值比褥垫层厚度为0.4m时减小0.0071m，减小幅度为9.9%；褥垫层厚度为0.8m时位移最大幅值比褥垫层厚度为0.6m时减小0.0025m，减小幅度为3.9%。结果表明，褥垫层厚度增加，上部结构最大位移幅值减小，减震效果越明显。图3-1不同垫层厚度顶层水平位

8、移时程图Fig.3-1Tophorizontaldisplacementtime-historyindifferentcushionthickness从3-2中看出，褥垫层厚度越厚，上部结构的位移越小，说明随着褥垫层厚度的增加，褥垫层的耗能越多，减震效果越明显；褥垫层厚度为0.4-0.6m的位移差值减小幅度最大，为0.0071m，减小幅度为9.4%。总体可知，褥垫层越厚，减震效果越好，且褥垫层在0.4-0.6m内减震效果最明显。图3-2顶层