单位文秘网 2021-08-31 09:04:44 点击: 次
思想是通过一系列布置在边界上的阻尼器来吸收外边界反射波波动能量,达到模拟波动在人工边界上透射的效果,如图4所示。同时施加等效荷载力P以满足边界应力条件,人工边界的法向和剪切应力的计算公式为
3 工程概况
某沿海核电采用APl000机组,厂址地层上部为第四系全新统海陆交互相沉积层,土体主要为粉质粘土,局部有粉砂和粉土,揭露厚度在32.9~60.5m,共分为7层;覆盖层下部为第四系更新统玄武岩和火山堆积岩,平均揭露厚度达60m,且分布较连续。岩土体力学参数取值如表1所示,由试验得到的各类土体动剪切模量比和阻尼比随剪应变的变化规律如图5所示。
核岛厂房包括屏蔽厂房、安全壳内部结构及各类辅助厂房等,总设计荷载1243100kN,筏基底板面积为2952.38m2,厚度为1.8m,基底高程为-5.29m。厂房结构采用集中质量单元与梁单元相结合的形式模拟,并分别沿筏板长度(78m)方向和宽度(53m)方向进行简化,形成X-Z、Y-Z两个平面模型,如图6所示。地基模型边界自筏基底板左右两侧各向外延伸117m,深度方向取51m;嵌岩桩采用C30混凝土,桩长39.6m,桩径1.5m,水平间距3.95m,有限元模型如图7所示。
根据厂址地震安评报告,核岛厂房结构所受地面运动的水平X向、水平Y向和竖直Z向峰值加速度分别为0.30g、0.29g及0.30g,地震动持时为25s,时间步长0.01s,X、Y及Z向加速度时程如图8所示。
4 抗震承载力分析
4.1 天然地基抗震承载力
仅在上部结构自重作用下,以增量有限元法得到的土体极限承载力为615kPa,此时滑面应力分析所求得安全系数为1.01,图9给出了X-Z、Y-Z两个平面的最危险滑动面位置。从图10的地基安全系数时程曲线中可以看出,在设计荷载作用下天然地基的动力安全系数在多个时刻均小于1,其动力安全系数最小值为0.63,最小平均安全系数为0.98,平均安全系数为1.58,故天然地基的抗震承载力未能满足设计要求,需要对其进行加固处理。
4.2 桩基抗震承载力
图11给出了X-Z、Y-Z平面静力、地震作用下的嵌岩桩桩身内力图,并将桩身内力最大值汇总于表2,从表中可以看出:
(1)结合《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)中的相关规定可以得到,单桩极限承载力约为15162.1kN,远大于静力作用下5451kN和地震作用下3430kN的桩身轴力,故桩身竖向承载力有着较高的安全裕度。
(2)桩身所受剪力在土层的刚度变化处,即软土一基岩分界处达到最大值;所受弯矩在桩顶处达到最大值。
(3)相比于地震作用下桩身所受到的弯矩和剪力,静力作用下的弯矩和剪力值可以忽略不计,故地震荷载应作为控制荷载指导截面配筋设计。
4.3 桩基配筋方案
以地震荷载作为设计控制荷载,结合《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)的规定,按圆形截面受弯构件的正截面承载力进行配筋设计,综合给出的嵌岩桩配筋方案为:φ32@150mm,配筋率为1.43%,配筋图如图12所示;经校核,配筋方案满足偏心受压、弯功能。
5 结语
针对我国核电尚无桩基础案例的现状,本文以国内某核电软土地基和桩基础为研究对象,通过有限元计算分析得到如下结论:
(1)通过增量有限元计算及滑面应力分析结果,厂址天然地基的静承载力满足核岛设计荷载要求,但抗震承载力不足;
(2)在进行桩基抗震承载力分析时,采用等效线性法描述土体材料非线性特征,粘性人工边界模拟辐射阻尼效应,节点耦合考虑桩土效应影响,结果证明是可行且合理的;
(3)在强震作用下,由于土层运动使桩身内力在软硬土层界面处达到最大值,极易引发桩身弯曲或剪切破坏,因此可通过合理配筋使得桩基抗震承载力满足要求。
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