复合地基褥垫层厚度对结构抗震性能的影响分析

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1、复合地基褥垫层厚度对结构抗震性能的影响分析杨文春1陈状2贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵州贵阳550000摘要：复合地基通过褥垫层吸收和耗散地震能量，以达到减轻上部结构的地震响应，减少建筑物地震灾害。木文通过对十层钢筋混凝土框架结构的动力有限元分析，研究不同厚度的复合地基褥垫层对结构抗震性能的影响，得出最佳减震效果下的褥垫层厚度，研宄表明褥垫层厚度为0.4〜0.5m时减震效果最为明显。关键字：减震、褥垫层厚度、减震性能0引言建筑物的隔震减震设计是指在地基与上部结构之间设置隔震分隔，通过

2、在地震作用下吸收和耗散地震能量，以达到减轻上部结构的地震响应，减少建筑物地震灾害的作用。复合地基褥垫层是指布置在复合地基与上部结构底部之间的散体垫层，通常釆用一定厚度的散体材料（碎石、砂子等）压实而成。在竖向荷载作用下，可以平衡上部结构荷载传递的差异性，使桩与桩间土承载共同承载上部荷载，在水平地震作用下，通过散体材料之间的摩擦耗散地震能量，减轻上部结构地震响应。在水平地震作用下，褥垫层内产生剪切面，通过褥垫层散体材料之间的摩擦力传递地震剪力，减少了复合地基桩头位移，同时减少桩头弯矩。褥垫层中散体

3、材料摩檫耗能效果明显优于结构固端弹性连接耗能。在地震作用下，褥垫层散体材料由弹性状态向弹塑性状态变化，最终变为塑形状态，结构体系的整体刚度降低，阻尼变大、结构自振周期变长，有效的避免了结构的共振反应，减轻结构振动反应。在大震作用下，褥垫层通过剪切面的破坏，使上部结构产生水平滑移，减轻褥垫层与上部结构之间的摩擦反应，降低结构底部地震剪力，以达到降低地震动反应的作用。木文通过对十层钢筋混凝土框架结构的动力有限元分析，研究在不同厚度的复合地基褥垫层设置下，结构的顶层水平位移、中间层水平位移、顶层加速度

4、、中间层加速度，通过对四个参数的对比分析，得出褥垫层厚度对上部结构减震效果的影响规律。1分析方法模型采用动力吋程分析方法对模型进行隔震效果研宄。分析中地震波采用粘弹性人工边界原理，将地震水平作用转变为节点水平力施加在结构上，为真实反映结构的地震动作用，拟采用地震波加速度与场地设防烈度相当的天然地震波。选用天津波、Tnft波、EL-Centro波3种地震波对结构进行地震动反应模拟。有限元分析模型见图1-1。图中60节点为模型顶部位置，36节点为模型中间位置，4节点上部结构模型底部位置，180节点为

5、模型基础底部位置，1303节点为模型褥垫层位置。本模型采用ANSYS冇限元分析软件进行建模分析，上部结构为10层钢筋混凝土框架结构，地基上采用二维四节点模型进行模拟，框架梁柱采用二维梁单位模型进行模拟，楼板采用壳单位进行模拟，因为模型主要分析关键节点的位移和加速度反应，上部结构模型材料不考了非线性变化，只考虑基础底部与垫层接触部分的非线性变化。2算例分析本模型主要研究褥垫层厚度对结构抗震性能的影响。模型中，除褥垫层厚度不同，其他参数相同。褥垫层弹性模量设置为80MPa,桩体为刚性桩，地震波选取为

6、EL-Centro波。考虑到实际施工过程中经济性和合理性的要求，褥垫层的厚度设定为200mm、300mm、400mm、500mm、800mm、1000mm、1200mm,。分析中主要对比不同模型之间顶层60节点的相对位移和相对加速度，中间层36节点的相在7种不同厚度模型下分析得到的顶层60节点最大水平加速度见表2-2,从表2-2中变化可知，褥垫层厚度在200mm〜400mm变化吋，顶点最人水平加速度变化幅度为5.6%;褥垫层厚度在400mm〜500mm变化时，顶点最大水平加速度变化幅度为13.3

7、%;褥垫层厚度在800mm〜1200mm变化吋，顶点最大水平加速度变化幅度为8.8%;由对比可知，褥垫层厚度在400mm〜500mm时，减震效果最佳。3结论(1)、复合地基中设置褥垫层，可以大幅降低上部结构的地震动反应，减弱地震动破坏。(1)、随着褥垫层厚度的增加，减震效果随之增大，到厚度为500mm后达到最大，继续增加厚度，减震效果随之减弱。(2)、褥垫层厚度在400mm〜500mm吋，减震效果最佳。参考文献[1】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.[2

8、】白举科，陈龙珠.复合地基褥垫层上结构水平地震响应分析[」].工程抗震与加固改建，2009.31(2).[3】白建方.场地地震反应分析与导论[M].中国铁道出版社，2010.[4】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.