土工格室加筋橡胶砂隔震垫层动力响应与物性参数反演研究

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近年来,地震频发使得人民的生产生活遭受了巨大损毁,特别是村镇地区的大量低、多层房屋,在历次较大震害中倒塌严重,因而造成大量的人员伤亡和财产损坏;而且,结构抗震设计是利用结构自身弹塑性变形来消耗部分地震能量,据此降低结构地震作用的一种设计方法,但其并不能从根本上减轻房屋承受的地震作用,且地震随机性强;结构隔震设计方法可从根本上大大减轻房屋承担的地震作用,但现存的隔震技术方案常常由于价格不菲、工序复杂、施工不便等原因,还不能广泛应用于村镇建筑。此外,橡胶砂是一种具有廉价、环保、轻质、耗能等特点的新型复合散体材料,在土木工程中具有广阔的应用空间,且橡胶砂填入土工格室内,便得到一种成本便宜、能够应用于村镇低矮建筑的土工格室加筋橡胶砂隔震垫层,因此,对这种隔震垫层进行了振动台试验,对比分析了其在不同台面的水平激励作用以及不同铺设方式不同竖向压力下的动力响应,同时对其动力物性参数进行了反演研究,且对橡胶砂进行了物理特性、侧限压缩、直剪以及三轴CD剪切试验研究。全文的主要研究内容和工作如下:1.阅读了有关废旧轮胎及其碎粒物应用于土木工程中的国内外文献,对其研究现状进行了概述。2.对7种不同橡胶质量分数的干燥试样分别进行了物理特性和侧限压缩试验研究,侧限压缩试验时考虑了12级竖向荷载对试样压缩特性的影响,分析了试样的累积沉降量、回弹量、竖向弹塑性应变和总应变、密度、孔隙比、压缩系数、压缩模量的变化规律。3.对相同橡胶质量分数的试样分别在干燥密实、干燥疏松、含水疏松三种不同初始状态下进行了直接剪切试验,考虑了4种不同竖向应力对其直剪特性的影响,干燥密实和干燥疏松时均考虑了11种不同橡胶质量配比,含水疏松时考虑了7种不同橡胶质量配比;对得到的不同初始状态下试样的剪应力-剪应变曲线进行双曲线拟合,对比分析了不同初始状态下试样的抗剪强度特性,如剪应力-剪应变曲线,内摩擦角,黏聚力,抗剪强度包线,竖向位移-剪切位移曲线的变化特性,且分析了经拟合得出的不同初始状态下试样的初始剪切模量和参考应变的变化规律。4.对7种不同橡胶质量配比的干燥试样进行了三轴CD剪切试验,考虑了6种围压对其力学特性的影响,得出并分析了试样的抗剪强度试验值、偏应力-轴向应变曲线和体应变-轴向应变曲线,且基于邓肯-张双曲线模型对试样的偏应力-轴向应变曲线进行了拟合,分析了试样的初始切线模量、极限偏应力和破坏比的变化规律。此外将本文三轴CD剪切试验分别与已有的类似试验和本文直剪试验就试样的力学特性进行了对比分析。5.使用自制的振动台对不同铺设方式不同竖向压力下的土工格室加筋橡胶砂隔震垫层进行了振动台试验,考虑了瞬时撞击和牵引释放两种不同水平激励台面的方式;同时进行了分别以无筋橡胶砂、土工袋加筋橡胶砂作为隔震垫层的振动台试验,且不同铺设方式隔震垫层中的干燥橡胶砂,其橡胶质量配比均为30%;此外,对不同铺设方式隔震垫层的动力响应进行了分析,得出了其均能阻隔过滤振动的高频波动。6.将满铺、方铺的土工格室加筋橡胶砂垫层受压区简化为黏弹性模型,结合其在动力作用下的位移响应,通过由假定模型推导出的逆方程,对其动力特性进行了物性参数反演,同时分析了隔震垫层受压区的振动周期、水平动剪刚度、水平动剪模量、阻尼比分别与动剪应变的关系,此外,将反演得出的土工格室橡胶砂垫层的物性参数变化规律与其在循环单剪试验条件下的动力特性变化规律进行了对比分析。7.最后,对本文各章中得出的结论进行了总结以及进行了相关展望。
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