冻土对独立基础抗震性能的影响研究.pdf

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1、孪金伟等：冻土对独立基础抗震性能的影响研究59冻土对独立基础抗震性能的影响研究李金伟，吴晓丹，张晓庆(1．大庆市让胡路区开发区管委会，黑龙江大庆163458；2．东北石油大学土木建筑工程学院．黑龙江大庆163318)【摘要】在我国东北地区分布着大面积的多年冻土和季节性冻土，建筑基础冻胀现像普遍存在。本文利用ANSYS有限元软件建立了基础和土层模型，分别研究基础埋在不冻土、弱冻胀土和冻胀土三种不同冻胀性的土层中时，在地震作用下的的应力应变响应，通过对三者结果的比较来分析土的冻胀性对基础的危害。【关键词】有限元分析；冻胀土；独立基础；温度【中图分类号】TU475．2【文献标识码】B【文章编号】

2、1001—6864(2011)10—0059—02我国是世界第三冻土大国，高山多年冻土和高纬度多析，可以更好的说明土的冻胀性对基础的影响情况。年冻土大面积分布，冻土地区的冻害已成为制约我国干寒表l各类冻胀土的冻胀系数区经济发展的重要因素，极大地影响了我国正常的交通运输和建筑基础安全，危害人民生命财产安全⋯。冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰J。在季节性冻土区内，冬季地基土受冷产生冻胀，夏季升温后冻土融化沉落，每年周而复始的进行，对地基的稳定性产生不利为了可以更好的研究冻土温度对独立基础抗震性能的的影响。根据《工业与民用建筑地基基础设计规范》4．2．1影响，需要首先确定混凝

3、土和基础周围冻土的热参数。由条，土的冻胀性将地基土分为4类J。本文将建立独立基础于要想得到这些热参数具体数据则需要进行大量的勘测工在I类、II类和III类冻胀土三种环境中的有限元模型，并对作，因此，在本文中笔者通过阅读相关文献，借鉴前学者的模型在地震作用下的结果数据进行对比分析，研究土的冻经验，得到如下数值引，见表2。胀性对独立基础抗震性能的影响情况。1有限元模型建立表2混凝土与冻土的热力学参数(1)模型的描述：本文利用有限元软件ANSYS建立柱下独立基础与冻土模型见图1。(3)边界条件：将冻土与基础的热学条件理想化J，即认为冻土层的土质一致，初始温度均匀分布，且温度呈线性变化。独立基础的

4、初始温度也是均匀分布。冻土的表面和柱头表面与空气发生对流，空气温度T=一5℃，空气对流图1柱下独立基础有限元分析模型系数(膜层散热系数)=14．2(r／m·℃)。混凝土水化热以边界条件(热流密度)的形式引入，Q=350(kJ／kg)。模型中混凝土的弹性模量为2．9E+10Pa，密度为2有限元结果分析2500kg／m，泊松比为0．16和冻土的弹性模量为4．0E+9，土在冻结过程中并不一定都会产生冻胀，只有满足了粘聚力为2．8E+5，含水量为20％。设置基础埋深1．6m，柱一定的条件冻胀才会产生。土产生冻胀的条件包括：①对体尺寸为0．4m×0．6m，基础底面尺寸为2．4m×1．6m。柱冻胀敏感

5、的土；②土中含有一定量的水分；③严寒的气温；顶承受1000kN静荷载。将冻土层以上覆土压力简化为均④对土施加一定的力。前三个条件通过上一节各种参数来布荷载P。确定，而第四个条件，本文通过在有限元软件ANSYS中输入(2)材料参数的确定：在ANSYS中基础和基底冻土地震波来完成力的施加。均采用SOLID单元进行模拟。本文分别在1／2冻深以上土经过有限元软件ANSYS分析，得出基础结构分别埋设层和3／4冻深以上土层中设置土体温度，并对土体设置不同在三种不同冻胀性土层中应力应变随温度的变化曲线如图的线膨胀系数来区分土的冻胀类别。设置温度区间为一2O2一图7。同时作者选择了在曲线普遍存在波动一I4

6、℃的绘一2~C，各类冻胀土的线膨胀系数取值见表1。同时建立基制基础的位移时程曲线，位移时程曲线如图8一图10。础在不冻土中的分析模型，将三着的分析结果进行对比分由图2一图7可以看出，基础在三种土中的应力应变均60低温建筑技术2011年第10期(总第160期)IⅡ，j羁}14．9重1，6O●0O—量14．714．551㈣5伽0。5脚114．3一一一18一l2—8—4018一l4—10—6—2220-16一l2—8—4O温度，℃温度／"C温度，℃图2基础在不冻土层中应力变化曲线图3基础在弱冻胀土层中应力变化曲线图4基础在冻胀土层中应力变化曲线三_，—卅-二．4．0．160．12燎0．080．0

7、4h燃¨Ir●二一一-一4一0‘峨三三9温度／~C温度，℃温度，℃¨，图5基础在不冻胀土层中应变变化曲线图6基础在弱冻胀土层中应变变化曲线图7基础在冻胀土层中应变变化情况化，基础结构越来越密实，位移整体呈现递减状态。基础埋r在弱冻胀土中时，波动频率降低，位移峰值为0．O16m，位移～一递减趋势不明显。基础在冻胀土中时，位移波动较大，位移一峰值为0．076m，有明显增长，位移递减趋势不明显。～Bd芝fl{I’I'IlI_。