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碎石垫层地基对建筑物的减震隔震性能分析

作　者: 梁艳晨
导　师: 田志昌
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 碎石垫层减震隔震有限元显式积分道砟性能
分类号: TU352.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文研究的碎石垫层是本课题组研究的一种新型的隔震模式,它是在基础和地基之间铺设一层一定厚度的均匀的散体材料(主要是符合粒径级配要求的碎石或卵石),与原有地基共同组成一种新型复合地基。地震时,上部结构可以看作一个整体,在地震能量向上部建筑物输入的过程中,碎石颗粒之间重新分配,消散地震能量,减小地震能量向上部建筑物的输入,保证上部建筑物在地震中的安全性。因为是将衰减的地震波输入上部结构,则其等效的地震惯性力和震动方程均可以得到一定的控制。而相对抗剪刚度很小的碎石垫层作为中介耗能层,这样传输到上部结构的地震能量可以得到一定的控制(通过调节碎石垫层的厚度和力学参数)。同时由于碎石的可调性和地基土的协同工作性,整个结构的自振周期适当增长,振幅减少,从而达到减震和隔震的目的。首先,本文介绍了结构减震控制技术的发展,橡胶垫隔震结构的优缺点,碎石垫层地基的减震隔震优点,确定本文碎石垫层减震隔震的研究课题。然后,引用铁路建设道砟的动力性能参数,选取合适的物理力学参数并将其运用于碎石垫层的减震隔震研究;简要介绍了所用有限元软件ANSYS/LS-DYNA显式积分格式。再者,在水平地震时,对碎石垫层各结构的简化计算进行了深入的研究;引入道砟的动力性能参数,建立碎石垫层的运动微分方程,并对其进行详细求解。最后,运用前述研究理论,用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA针对具体的工程案例进行详细的抗震性能分析。由于碎石资源丰富,取材容易,造价低廉,施工工艺单纯,质量较易控制,并具有良好的抗震性能,其作为一种隔震方法在地震易发地区有着一定的使用前景。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
引言  12-14
1 文献综述  14-21
  1.1 结构减震控制技术的发展  14-16
    1.1.1 结构减震控制技术的概念及分类  15
    1.1.2 隔震控制技术的基本原理及常用装置  15-16
    1.1.3 耗能减震技术的基本原理及常用装置  16
  1.2 橡胶垫隔震结构优缺点  16-17
  1.3 碎石垫层地基的减震隔震优点  17-18
  1.4 本文主要研究内容  18-21
2 水平地震时碎石垫层的动力性能参数及软件简介  21-28
  2.1 从铁路道砟的动力性能参数中获得碎石垫层的性能指标  21-24
    2.1.1 道砟的性能  21
    2.1.2 碎石垫层的材质性能和粒径级配要求  21-24
    2.1.3 适用于碎石垫层的力学性能参数  24
  2.2 数值分析与有限单元法概念  24-25
  2.3 ANSYS/LS-DYNA 简介  25-28
3 水平地震时碎石垫层的简化计算及其内力和变形分析  28-36
  3.1 在水平地震作用下碎石垫层减震模型的简化计算  28-30
  3.2 在水平地震作用下碎石垫层的内力与变形分析  30-36
    3.2.1 分析碎石垫层内力与变形时的基本假设  30
    3.2.2 建立碎石垫层的运动微分方程  30-32
    3.2.3 求解碎石垫层的运动微分方程  32-36
4 工程案例分析  36-62
  4.1 含碎石垫层地基的平面框架ANSYS/LS-DYNA 分析  36-44
    4.1.1 工程概况及用命令流建模过程  36-41
    4.1.2 程序分析结果  41-44
    4.1.3 两种平面框架减震分析小结  44
  4.2 含碎石垫层地基的框架-剪力墙结构 ANSYS/LS-DYNA 分析  44-62
    4.2.1 工程概况  45-48
    4.2.2 地震波的选用  48-49
    4.2.3 建模流程及网格划分后的模型  49-54
    4.2.4 地震波作用下两种框架-剪力墙结构各楼层 X 方向位移时程曲线比较  54-61
    4.2.5 两种框架-剪力墙结构减震分析总结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-66
在学研究成果  66-67
致谢  67

碎石垫层地基对建筑物的减震隔震性能分析

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