【博士】爆破地震波作用下建筑結構的動力安全研究

內容簡介

　　在爆破技術廣泛應用的同時，隨著爆破環(huán)境的復雜化和人們環(huán)保意識的日益增強，工程爆破所誘發(fā)的一系列負面效應尤其是作為爆破公害之首的爆破地震效應問題，受到普遍的關注和重視。研究爆破地震效應的危害機制，尤其是爆破地震波作用下周圍建筑物的地震響應機理及安全判據(jù)，是爆破地震效應研究領域中的重點和難點課題，同時是爆破安全技術研究的重要內容。本文結合國家自然科學基金“爆破震動特性與爆破震動對結構危害機制研究”（編號：50778107）和高等學校博士學科點專項科研基金“爆破震動特性與結構爆破震動安全控　　制理論研究”（編號：20060424002），在大量查閱和深入研究國內外相關文獻的背景下，　　在爆炸動力學、結構動力學、數(shù)值分析、信號分析技術、動力有限元理論等相關理論和　　分析方法的有力支撐下，本文采用數(shù)值計算、有限元模擬和現(xiàn)場試驗為主要研究手段，對爆破地震波傳播特性和爆破地震波作用下建筑結構的動力響應及安全判據(jù)進行了深入系統(tǒng)的探討。得出的主要研究成果有：　?。?）在利用數(shù)值計算結果討論爆破震動影響區(qū)域劃分的基礎上，基于大量的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究了不同爆破震動區(qū)域內爆破地震波幅值、主頻隨比例距離的衰減規(guī)律及不同震動區(qū)域爆破地震波信號的頻譜與能量特征?！　。?）采用集中沖量法，通過在一個多自由度彈性結構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構體系的各動力響應，在分析各動力響應幅值變化的基礎上來探討爆破地震波幅值、頻率和持續(xù)時間對多自由度彈性體系動力響應的具體影響。　　（3）利用Matlab 編寫了一套Newmark 時程分析法與剛度退化二線型恢復力模型相結合求解多層砌體結構體系彈塑性地震響應的程序。以一具體的四層砌體結構為分析對象，輸入荷載采用不同特性參數(shù)的實測及人工模擬爆破地震波信號，根據(jù)所求出的結構各彈塑性地震響應幅值結果，分別討論了爆破地震波幅值、主頻和持續(xù)時間對多層砌體　　結構彈塑性地震響應幅值的具體影響?！　。?）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測點，采集了大量的鋼筋混凝土建筑的爆破地震響應信號。采用小波分析和快速傅立葉變換相結合的方法，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博士學位論文摘要ii的結構響應頻譜、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的方法，將復雜的實測爆破地震波速度信號轉化為多個簡諧波的疊加，將爆破速度荷載作用下結構的動力響應問題轉化為一系列簡諧荷載作用下的動力響應問題。通過提出速度因子的新概念并將其反映在爆破地震效應計算模型中，考慮了結構動力響應中瞬態(tài)響應的影響。同時爆破地震效應計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僅需考慮占有相當能量比例的優(yōu)勢頻率的綜合作用。然后，在該計算模型基礎上提出了一個新的爆破地震效應安全判據(jù)。該判據(jù)能反映出爆破激勵荷載作用下結構速度響應大小與結構特性、爆破地震波幅值、頻率（包括多個優(yōu)勢頻率）、持續(xù)時間及能量比例等參數(shù)的關系?！　。?）采用動力有限元方法，參照爆區(qū)現(xiàn)場的一實際三層砌體房屋結構，建立三維空間實體模型，并將底層的爆破地震波監(jiān)測信號加載到砌體結構模型的基底，求解出有限元模擬的砌體結構其它各層的爆破震動響應值，并與監(jiān)測結果進行了比較分析。對常見的2~4 層砌體結構房屋，各取一種典型結構在基底節(jié)點垂直方向上施加不同主頻的爆破地震波進行動力有限元建模并模擬開裂過程，通過定義結構單元的臨界失效狀態(tài)來尋求典型砌體結構房屋的爆破震動安全標準值，并給出了2~4 層典型砌體結構房屋在各主頻段爆破地震波作用下的爆破震動安全標準。本文取得的研究成果為科學地預測與控制爆區(qū)周圍建筑物的爆破地震效應危害，改進和完善現(xiàn)有的爆破震動安全判據(jù)有著重要的理論價值和現(xiàn)實意義。　　

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