【博士】爆破地震波作用下建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力安全研究

內(nèi)容簡介

　　在爆破技術(shù)廣泛應(yīng)用的同時(shí)，隨著爆破環(huán)境的復(fù)雜化和人們環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)，工程爆破所誘發(fā)的一系列負(fù)面效應(yīng)尤其是作為爆破公害之首的爆破地震效應(yīng)問題，受到普遍的關(guān)注和重視。研究爆破地震效應(yīng)的危害機(jī)制，尤其是爆破地震波作用下周圍建筑物的地震響應(yīng)機(jī)理及安全判據(jù)，是爆破地震效應(yīng)研究領(lǐng)域中的重點(diǎn)和難點(diǎn)課題，同時(shí)是爆破安全技術(shù)研究的重要內(nèi)容。本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金“爆破震動(dòng)特性與爆破震動(dòng)對結(jié)構(gòu)危害機(jī)制研究”（編號(hào)：50778107）和高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金“爆破震動(dòng)特性與結(jié)構(gòu)爆破震動(dòng)安全控　　制理論研究”（編號(hào)：20060424002），在大量查閱和深入研究國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的背景下，　　在爆炸動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、數(shù)值分析、信號(hào)分析技術(shù)、動(dòng)力有限元理論等相關(guān)理論和　　分析方法的有力支撐下，本文采用數(shù)值計(jì)算、有限元模擬和現(xiàn)場試驗(yàn)為主要研究手段，對爆破地震波傳播特性和爆破地震波作用下建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)及安全判據(jù)進(jìn)行了深入系統(tǒng)的探討。得出的主要研究成果有：　?。?）在利用數(shù)值計(jì)算結(jié)果討論爆破震動(dòng)影響區(qū)域劃分的基礎(chǔ)上，基于大量的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究了不同爆破震動(dòng)區(qū)域內(nèi)爆破地震波幅值、主頻隨比例距離的衰減規(guī)律及不同震動(dòng)區(qū)域爆破地震波信號(hào)的頻譜與能量特征?！　。?）采用集中沖量法，通過在一個(gè)多自由度彈性結(jié)構(gòu)體系基底施加不同特性參數(shù)的爆破地震波速度荷載，并求解出不同情況下的該結(jié)構(gòu)體系的各動(dòng)力響應(yīng)，在分析各動(dòng)力響應(yīng)幅值變化的基礎(chǔ)上來探討爆破地震波幅值、頻率和持續(xù)時(shí)間對多自由度彈性體系動(dòng)力響應(yīng)的具體影響?！　。?）利用Matlab 編寫了一套Newmark 時(shí)程分析法與剛度退化二線型恢復(fù)力模型相結(jié)合求解多層砌體結(jié)構(gòu)體系彈塑性地震響應(yīng)的程序。以一具體的四層砌體結(jié)構(gòu)為分析對象，輸入荷載采用不同特性參數(shù)的實(shí)測及人工模擬爆破地震波信號(hào)，根據(jù)所求出的結(jié)構(gòu)各彈塑性地震響應(yīng)幅值結(jié)果，分別討論了爆破地震波幅值、主頻和持續(xù)時(shí)間對多層砌體　　結(jié)構(gòu)彈塑性地震響應(yīng)幅值的具體影響?！　。?）通過在隧道爆破開挖過程中下穿的多層鋼筋混凝土建筑沿高度和水平方向上布設(shè)測點(diǎn)，采集了大量的鋼筋混凝土建筑的爆破地震響應(yīng)信號(hào)。采用小波分析和快速傅立葉變換相結(jié)合的方法，研究各方向爆破地震波作用下鋼筋混凝土建筑沿高度和水平方向山東科技大學(xué)博士學(xué)位論文摘要ii的結(jié)構(gòu)響應(yīng)頻譜、能量分布特性及幅值變化規(guī)律?！　。?）本文采用小波包分解和重構(gòu)的方法，將復(fù)雜的實(shí)測爆破地震波速度信號(hào)轉(zhuǎn)化為多個(gè)簡諧波的疊加，將爆破速度荷載作用下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)問題轉(zhuǎn)化為一系列簡諧荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)問題。通過提出速度因子的新概念并將其反映在爆破地震效應(yīng)計(jì)算模型中，考慮了結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)中瞬態(tài)響應(yīng)的影響。同時(shí)爆破地震效應(yīng)計(jì)算模型中又融入了歸一化的能量比例，在考慮爆破荷載頻率的影響時(shí)僅需考慮占有相當(dāng)能量比例的優(yōu)勢頻率的綜合作用。然后，在該計(jì)算模型基礎(chǔ)上提出了一個(gè)新的爆破地震效應(yīng)安全判據(jù)。該判據(jù)能反映出爆破激勵(lì)荷載作用下結(jié)構(gòu)速度響應(yīng)大小與結(jié)構(gòu)特性、爆破地震波幅值、頻率（包括多個(gè)優(yōu)勢頻率）、持續(xù)時(shí)間及能量比例等參數(shù)的關(guān)系?！　。?）采用動(dòng)力有限元方法，參照爆區(qū)現(xiàn)場的一實(shí)際三層砌體房屋結(jié)構(gòu)，建立三維空間實(shí)體模型，并將底層的爆破地震波監(jiān)測信號(hào)加載到砌體結(jié)構(gòu)模型的基底，求解出有限元模擬的砌體結(jié)構(gòu)其它各層的爆破震動(dòng)響應(yīng)值，并與監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了比較分析。對常見的2~4 層砌體結(jié)構(gòu)房屋，各取一種典型結(jié)構(gòu)在基底節(jié)點(diǎn)垂直方向上施加不同主頻的爆破地震波進(jìn)行動(dòng)力有限元建模并模擬開裂過程，通過定義結(jié)構(gòu)單元的臨界失效狀態(tài)來尋求典型砌體結(jié)構(gòu)房屋的爆破震動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)值，并給出了2~4 層典型砌體結(jié)構(gòu)房屋在各主頻段爆破地震波作用下的爆破震動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)。本文取得的研究成果為科學(xué)地預(yù)測與控制爆區(qū)周圍建筑物的爆破地震效應(yīng)危害，改進(jìn)和完善現(xiàn)有的爆破震動(dòng)安全判據(jù)有著重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義?！　?

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