沿海軟土機(jī)場(chǎng)本構(gòu)模型及重力動(dòng)力響應(yīng)

馬睿馨 楊啟 仇敏達(dá) 方禺天 周俊豪

摘要：地震災(zāi)害突發(fā)性、續(xù)發(fā)性強(qiáng)，對(duì)沿海軟土地區(qū)，機(jī)場(chǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大跨度結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)高、防災(zāi)問題突出。為提高結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)質(zhì)量，本文對(duì)沿海軟土機(jī)場(chǎng)本構(gòu)模型及重力動(dòng)力響應(yīng)展開探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)場(chǎng)結(jié)構(gòu)；本構(gòu)模型；動(dòng)力反應(yīng)

一、土體彈性本構(gòu)模型的建立

采用摩爾庫倫本構(gòu)模型是建立在摩爾庫倫強(qiáng)度理論上的本構(gòu)模型。

MC條件為：τn=c+σn·tan

對(duì)每一種土層進(jìn)行直剪實(shí)驗(yàn)，測(cè)定各土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，根據(jù)試驗(yàn)可得土體參數(shù)：

取平均值作為最終軟土設(shè)置參數(shù)值。

取c=17867.5pa，φ=17.575°。

故可得土體的庫倫公式如下：

二、航站樓模型建立

（一）模型依據(jù)

依據(jù)天津?yàn)I海國(guó)際機(jī)場(chǎng)資料，建立航站樓簡(jiǎn)化模型，其中包括面積（約為18312m2）、高度（最高點(diǎn)距地面約40m）。

（二）模型分析

1）承重柱在x軸方向每排11根，間隔16米；y軸方向每列7根，間隔12米，均勻分布。樁從地面開始向下延伸至第三土層底部，在x軸方向每排6根，間隔32米，在y軸方向列4根，間隔24米。

2）土體部分，將土體的長(zhǎng)寬（504米*288米）均設(shè)為結(jié)構(gòu)長(zhǎng)寬（168米*96米）的3倍左右，因此在分析計(jì)算模塊加載載荷時(shí)，邊緣土體所受應(yīng)力的影響可以忽略。

土體分層方面，將地面及以下土體分為四層，每層深度分別為8米，8米，32米，32米，每層土體彈塑性參數(shù)不同。

（三）模型單元設(shè)定

1.土體部分及承臺(tái)頂板：SOLID 186

solid186是一個(gè)高階3維20節(jié)點(diǎn)固體結(jié)構(gòu)單元，SOLID186具有二次位移模式可以更好的模擬不規(guī)則的網(wǎng)。

2.承重柱及樁：BEAM 188

當(dāng) KEYOPT（1）=0時(shí) （默認(rèn)）， 每節(jié)點(diǎn)有6個(gè)自由度。 分別是沿x，y，z的位移及繞其的轉(zhuǎn)動(dòng)。

（四）模型網(wǎng)格劃分

將每層土體均分為3*3九塊。結(jié)構(gòu)正下方的土體在xy軸方向劃分為48*32格式的單元網(wǎng)格。與結(jié)構(gòu)正下方的土體在x軸方向相鄰的兩塊土體在xy軸方向劃分為24*32格式的單元網(wǎng)格；與結(jié)構(gòu)正下方的土體在y軸方向相鄰的兩塊土體在xy軸方向劃分為48*16格式；其余四塊土體在xy軸方向均劃分為24*16格式的單元網(wǎng)格，在Z軸方向，每層土體劃分為兩層網(wǎng)格。

三、結(jié)構(gòu)土體在重力荷載作用下計(jì)算結(jié)果

（一）靜力分析

本模型自重應(yīng)力的分布以及在不同位置的大小，以此來作為分析土體結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的對(duì)照基礎(chǔ)。施加z軸方向重力加速度9.8m/s2。

（二）靜力分析結(jié)果

位移分析結(jié)果（形變放大100倍），由分析得：

合位移：最大位移節(jié)點(diǎn)號(hào)為288479位移值為0.12m

最小位移節(jié)點(diǎn)號(hào)為243368位移值為0m

可以看出在僅在重力作用下航站樓頂部邊緣變形較大，約為0.12m，相應(yīng)的土體變形很小，不足0.01m。

同理得出：

（三）等效應(yīng)力分析結(jié)果

應(yīng)力最大的部分出現(xiàn)在層和頂層之間的柱子上。

應(yīng)力最大 節(jié)點(diǎn)號(hào)293842值1.11E+07Pa

應(yīng)力最小 節(jié)點(diǎn)號(hào)83416值1531Pa

四、結(jié)果分析與結(jié)論

由位移云圖和數(shù)據(jù)結(jié)果可知，僅在重力作用下，位移最大的地方發(fā)生在航站樓頂殼邊緣，約為0.12米，等效應(yīng)力最大的地方發(fā)生在兩層之間的柱子上，等效應(yīng)力達(dá)1.11E+07pa。而此時(shí)土體相對(duì)比較安全。由此可見，在土—航站樓自身重力作用下，土體和航站樓發(fā)生的變形較小，結(jié)構(gòu)不易失去穩(wěn)定。

基金來源：中國(guó)民航大學(xué)2016年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練（項(xiàng)目編號(hào)：201610059078）；中國(guó)民航大學(xué)科研啟動(dòng)基金（2013QD10X）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（3122015C019）