废弃橡胶轮胎构造地基力学性能的数值模拟研究

来源 :沈阳建筑大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:marcomak99
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我国汽车数量逐年递增,产生大量的废弃轮胎,而回收利用率却很低,造成严重的“黑色污染”。同时我国是地震灾害较为严重的国家之一,村镇地区震害尤为严重。鉴于上述两个背景,本文提出一种适用于村镇建筑的废弃橡胶轮胎构造地基,以期达到抗震和废物再利用的目的。为探究废弃橡胶轮胎构造地基的力学性能,本文进行以下三方面的主要研究,并得到以下结论:(1)依据实验室试验,建立废弃橡胶轮胎-散体材料单束柱状叠合体数值模型,通过理论分析,选择合适的模型参数,进行合理的简化。模拟了实验室轴压试验和双剪试验,通过应力和变形结果的分析,与试验数据相对比,验证了Crushable Foam塑性本构模型用于砂土塑性本构的定义具有可行性,在复杂接触和高度非线性动力显示算法分析中,具有较高的应用价值;验证了模型参数设置的合理性,为废弃橡胶轮胎构造地基数值模型的建立提供了依据,确保了构造地基数值模型模拟结果的计算精度和可信度。(2)根据村镇建筑实际情况,设计构造地基典型工况,依据叠合体模型参数建立足尺构造地基数值模型,分析构造地基的竖向承载能力和抗震性能。对比构造地基与天然地基的荷载-沉降曲线,得到构造地基临塑荷载和极限荷载,得出构造地基的极限承载力比天然地基提高大约60%的结论。构造地基真实临塑荷载小于临塑荷载;胎间土竖向附加应力小于胎内土,平均值为胎内土的0.8~0.9倍;胎内土密实性大于胎间土,有效内摩擦角分别在39~42°和30~38°之间;构造深度是应力扩散角的主要影响因素,构造深度越大,应力扩散角越大,范围在45~65°之间。对比构造地基竖向持载分别为真实临塑荷载和极限荷载时的抗震性能,证明竖向荷载越大,构造地基的初始抗侧刚度越大,水平极限承载力越大,水平荷载向下传递深度越大,耗能能力越强,抗震性能越好。但是当竖向荷载未达到构造地基真实临塑荷载时,构造地基的整体延性较好。(3)在已有地基极限承载力基本理论的基础上,对废弃橡胶轮胎构造地基极限承载力公式进行理论推导,分别得出三种不同方法的构造地基极限承载力计算公式,对比数值模型的计算结果进行误差分析,表明改进应力扩散角法构造地基极限承载力公式的计算结果偏大,误差相对较大;改进太沙基法和变分极限平衡法构造地基极限承载力公式的计算结果偏小,误差相对较小。对改进应力扩散角法和改进太沙基法构造地基极限承载力公式提出修正,利用MATLAB编写粒子群算法对公式修正参数进行拟合,得到拟合的修正参数,对拟合结果进行评价,证明采用粒子群算法对较为复杂的地基极限承载力公式进行修正参数的拟合,具有合理性和可行性。
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