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四川洪雅县冲击破碎时地基振动有限元分析

2019-05-13 混凝土破碎 499 次 0 评论

四川洪雅县冲击破碎时地基振动有限元分析

为全面分析冲击破碎对地基振动的影响,了解波在地基中传播的规律。本节采用按前文第五章的动力有限元模型和方法计算分析,冲击压路机沿板边与板中两条施工线路施工时,冲击轮作用在板中位置时(土基表面的冲击附加应力最小)、作用在板角位置时(冲击附加应力最大)的地基振动特性,具体包括不同冲击破碎遍数时,振动应力波、加速度等沿水平方向的传播特性分析。

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图7.16土基顶面两条路径示意图

依据两个冲击荷载作用位置(板中、板角)建立两条分析路径:一条为以冲击荷载作用在板角时载荷作用中心对应土基顶点为起点,沿土基表面Y轴正方向,直至模型的边界,与边界的交点为终点(路径1);另一条路径为以板中心为起点,沿土基表面Y轴正方向,直至模型的边界与边界的交点为终点(路径2),如图7.16。一、单遍冲击破碎时土基中的振动加速度由前面的分析结果,当冲击压路机冲击破碎荷载作用在板角时,对周围环境影响较荷载作用在其他位置时的影响大,这里仅对当冲击荷载作用在板角时引起的振动加速度的特征进行分析。

首先对单点的振动加速度各个分量的时程曲线进行分析。图7.17为单遍冲击破碎时,冲击荷载作用的板角底部土基顶面监测点各个方向的加速度时程曲线。该点对应的板面位置在冲击路径2的第三个冲击点的板角。

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图7.18单遍冲击破碎时土基顶面下1m点加速度时程曲线

接下来对单遍冲击作用时引起的振动加速度沿横向距离衰减特性进行分析。图7.19、图

7.20和图7.21分别是由冲击载荷引起的振动加速度不同方向上分量在冲击后不同时刻,在路径1上的分布。如前文所述,冲击振动引起的振动加速度瞬时衰减很快,基本上,在冲击作用后0.02s后,峰值减小为原来的1/6。随着距离冲击载荷作用点水平距离的增加,加速度值变化呈不规则波动并递减。针对单遍冲击破碎时,若以加速度值为1.0m/s2为评价标准,确定冲击振动的影响距离,纵向振动加速度对应的距离为3.0m,横向加速度对应距离稍远,约为

4.6m;而竖向振动加速度对应的距离最远,约为10m。

综合以上分析,在单遍冲击荷载作用于旧水泥混凝土路面板上时,针对土基表面上的振动加速度而言,主要以竖向振动加速度为主,其峰值约为其他两个方向上分量的6~8倍;振动加速度各个方向上分量随时间衰减很快,一般在冲击后0.02s,峰值减小为原来的1/6;随距冲击荷载作用点的距离增加振动加速各个方向上分量衰减变化在10m之内较显著,在10m以外,振动加速度的峰值基本小于1.0m/s²。

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图7.19单遍冲击破碎后不同时刻土基顶面加速度a1沿路径1分布曲线

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图7.21单遍冲击破碎后不同时刻土基顶面加速度as沿路径1分布曲线

二、多遍冲击破碎后土基中的振动加速度

这里仍然首先对单个监测点的振动加速度时程曲线进行分析。图7.22、图7.23、图7.24分别为冲击载荷作用两遍和三遍时,土基顶面监测点振动加速度各个方向上分量的时程曲线。

与单遍冲击破碎时该监测点加速度时程曲线对比发现,随着冲击破碎遍数的增加,该监测点振动加速度各个分量均有小幅度的增加,而且,当冲击荷载作用在该冲击破碎线路另两个冲击位置时,在该监测点振动影响加大,即在时程曲线中,前两次冲击的峰值有增大的趋势,但各个方向分量增大幅值不等,水平方向分量的增大相对幅值大于竖向分量。

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图7.24多遍冲击破碎时土基顶面一点加速度a3时程曲线

图7.25、图7.26、图7.27分别为冲击荷载作用两遍和三遍时,土基顶面监测点正下方1.0m处另一监测点振动加速度各个方向上分量的时程曲线。

经过与前文单遍冲击破碎时该监测点加速度时程曲线对比,多遍冲击破碎后的振动加速度变化不大;比较显著的一点差别就在于:当冲击荷载作用在该冲击线路其他两个冲击作用位置时,在该点的振动加速度竖向分量的振动持时随着冲击遍数的增加有小幅度的减小。

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图7.25多遍冲击破碎时土基顶面下1.0m一点加速度a1时程曲线

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图7.26多遍冲击破碎时土基顶面下1.0m一点加速度a2时程曲线

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图7.27多遍冲击破碎时土基顶面下1.0m一点加速度a3时程曲线

这里再对多遍冲击破碎后振动加速度各个分量沿土基表面路径1的分布特征进行分析。

图7.28、图7.29、图7.30,分别为冲击两遍和三遍后振动加速度各分量沿路径1的分布。

通过对上面曲线进行综合对比分析,可以得出:随着冲击破碎遍数的增加,由冲击荷载引起的振动加速度整体呈增大的趋势,但各个分量的幅度并不一致,一般竖向分量增加要显著一些;竖向振动加速度分量沿水平距离衰减较其他两个分量快,基本上在距离冲击荷载作用点4m作用,竖向加速度峰值衰减到原来的1/10。在冲击破碎过程中,产生的振动以竖向振动为主,若以1.0m/s2为参考标准,竖向振动影响最远:当冲击两遍时,纵向加速度对应的距离为

11.0m,横向加速度对应的距离为10.0m,竖向加速度对应的距离为11m;当冲击三遍时:纵向加速度对应的距离为5.5m,横向加速度对应的距离为11.0m,竖向加速度对应的距离为14m。

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图7.30多遍冲击破碎后不同时刻土基顶面加速度a3沿路径1分布曲线

三、有限元结果与实测比较分析

前文分别根据动力有限元分析结果与现场实测结果对冲击破碎旧水泥混凝土路面引起的振动进行了分析,在这里有必要将两者进行比较,以更有利于评价冲击破碎施工时对周围环境的影响。

由于在实测过程中,传感器布置位置固定,为便于比较,将有限元计算结果所得相应位置的加速度最大值与实测结果峰值列于表7.12中。对表7.12中实测与有限元计算结果进行比较发现,有限元计算结果与实测结果相差不多,相比较而言,有限元计算结果多大于实测值。为了更形象的进行对比,将振动加速度三个分量的实测结果与有限元结果分别绘于图7.31、图7.32和图7.33中,其中“FEM结果”表示有限元计算结果。

实测与有限元结果比较表7.12

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图7.31纵向振动加速度实测与有限元结果对比

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图7.32横向振动加速度实测与有限元结果对比

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图7.33竖向振动加速度实测与有限元结果对比

由图中对比分析,从衰减规律角度分析,实测结果与有限元分析结果总体是一致的;在距离冲击荷载作用位置较近时,实测结果与有限元分析结差别较大;大约在5m以后,两者结果比较接近。总体来看,纵向加速度实测与有限元计算结果最为接近,而竖向结果相差比较大。

在实测现场,改建路旁有宽0.4m,深约0.5m的排水沟,本研究有限元分析建模时中并未考虑,另外现场土质分布和特性与本文有限元模拟参数亦不对应,误差是在所难免的。通过以上冲击破碎动力有限元分析与现场试验监测结果分析,可以大致确定由冲击破碎旧混凝土路面板时引起振动的加速度范围。由于改建路段沿线构筑物或建筑物的抗震能力不同,并不能笼统地给出一个安全界限,但若以加速度大小为1m/s2为结构安全评价标准,通过以上分析,可以得出:在距冲击荷载作用点距离大于15m的地方是相对安全的。


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