单质点弹性体系建筑结构的爆破地震动力响应

以二维爆破地震波作用下的三自由度弹性结构体系为研究对象,运用matlab编程实现用时程分析方法求解该体系的动力响应。通过分析各种情况下的结构响应幅值结果,探讨了爆破振动幅值、频率、持续时间等爆破振动三要素对二维爆破地震波作用下三自由度弹性结构动力响应的影响,并得出一些有益的结论。可为建立多维爆破地震波作用下结构物的多参数安全判据,提供参考。

地下结构地震动力响应分析首先需要对地震波进行合理的分析,其主要包括地震波的选择、波的频谱分析、滤波和基线校正4个方面,这是正确进行地下结构地震动力分析的非常关键的环节.以课题研究中地震局提供的地震波为例,从多个方面分别对地震波进行分析和研究,从而获得满足地下结构地震动力分析要求的地震波.

以地铁隧道爆破工程为背景,通过现场试验结合数值分析技术研究28层框架剪力墙结构的总体动力响应。现场试验采用爆破振动监测结合自然激励测试,运用ibrahim时域(itd)方法对结构模态频率、模态阻尼比进行识别,为进一步分析其振动响应规律提供依据。将结构简化为质阻弹模型,以试验所识别的模态参数为依据,修正质阻弹模型的刚度矩阵和阻尼矩阵并建立动力微分方程,计算得到建筑物弯曲振动各阶模态参数。根据质阻弹模型的动力微分方程建立simulink动力仿真模型。以爆破振动速度信号为激励,分析高层建筑在隧道爆破地震作用下总体振动响应规律。结果表明:1)在地铁隧道爆破震动作用下,高层建筑振动响应速度信号中的竖向振动最大、纵向振动次之、切向振动最小,较高楼层位的切向振动速度和纵向振动速度相差不大；2)高层建筑振速峰值随楼层升高呈波动型变化的趋势与主振模态振型有关,即建筑物振动形态与主振模态振型关系较大,在测试中体现在振速峰值分布上；3)将建筑物简化为质阻弹物理模型并写出其动力反应的数学模型,进而建立simulink仿真模型进行仿真计算,可以有效预测爆破震动作用下建筑物的响应。

为研究露天矿爆破地震波作用下框架建筑的动力响应,开展了现场试验和数值模拟研究。试验测得爆破地震波参数和框架结构主体、砌体填充墙的固有频率及其动力响应;采用ansys程序计算出框架结构主体和砌体填充墙的固有频率,并分析了模型在爆破地震波作用下的动力响应。结果表明,填充墙体的固有频率高于建筑主体的固有频率,且接近于爆破地震波的输入频率,数值模拟计算的固有频率与现场测试结果一致;填充墙体的振动速度高于建筑主体的振动速度。虽然爆破地震波地表振动速率满足《爆破安全规程》,但框架结构主体和砌体填充墙固有频率的差异和频繁爆破震动使得砌体填充墙与梁、柱连接处产生裂缝。因此,评估露天矿周边框架建筑的振动安全性时,应考虑建筑的动力特性和露天矿爆破的特殊性。

根据小波分析理论,通过db8小波进行小波分解得到各层级的重构信号,探究爆破地震波到达不同测点处动力响应的区别,以达到优化爆破设计参数的目的。通过对比建筑物内外测点监测结果可以得出:建筑物固有频率所在频带的信号出现一定的放大效应,有些距固有频率较远的频带波形表现出快速的衰减特性,爆破地震信号的低频成分在建筑物中的持续时间得到延长。

爆破震动是在城市进行拆除爆破中需要考虑的重要问题。作者提出几种计算爆破地震力的方法。首先介绍工程中广泛采用的反应谱法，并在反应谱法的基础上提出了一种计算结构在爆破震动作用下内力大小的方法－底部剪力法。该方法简便可靠，在工程中有一定的可行性。

为研究动水压力对深水码头结构抗震特性的影响,利用有限元软件abaqus,建立某一全直桩码头单桩结构三维模型。采用morison方法,计算了动水压力。利用附加质量法,对比分析了不同水深下动水压力对结构地震响应的影响程度,并分析了30m水深时动水压力作用对结构地震动力响应的具体影响。研究结果表明:动水压力的存在会增加码头结构的位移和内力动力响应,特别是对桩基剪力的影响最为显著。当水深达到25m以上时,动水压力对结构动力特性的影响不容忽视。

通过在爆破区建筑物内布点监测,对现场实测数据进行定量和定性分析,并借助多分辨小波分析方法,得出爆破地震波作用下建筑结构速度响应方面的一些特性,为建筑结构的爆破地震响应的深入研究提供了宝贵的试验资料和有益结论。分析指出,在进行爆破地震波作用下建筑结构的抗震方面的研究时,不仅要加强水平方向的抗震设防,同时一定要重视垂直方向上建筑结构的爆破抗震安全研究。并建议分析爆破地震作用下的建筑结构响应时宜采用多点激励输入。

弹性准饱和土中球空腔的动力响应——采用工程上通用的土力学模型，考虑饱和度对球空腔动力响应的影响，利用laplace变换求解了弹性准饱和土中球空腔的动力响应问题，得到了变换域内的解析解。借助数值laplace反变换，数值分析了弹性准饱和土中球空腔动力响应的...

介绍了杆系结构动力响应的弹性波分析的方法——回传波射矩阵法,并将其应用于受阶跃函数加载的钢屋架的瞬态响应分析.与有限元法进行比较,结果表明,用弹性波方法所得到的动态响应含有丰富的高频分量,能更精确地描述结构的瞬态动力过程

爆破地震波作用下建筑结构速度响应现场测试研究——通过在爆破区建筑物内布点监测，对现场实测数据进行定量和定性分析，并借助多分辨小波分析方法，得出爆破地震波作用下建筑结构速度响应方面的一些特性，为建筑结构的爆破地震响应的深入研究提供了宝贵的试验资...

在竖向串联多自由度模型基础上，建立了采用不同方法（线性加速度法，ｗｉｌｓｏｎ－θ法，ｎｅｗｍａｒｋ－β法）求解建筑结构非线性动力响应的统一算式－“拟动力方程”列出了计算步骤，该法物理概念明确，计算步骤清晰，同时可克服计算中的积累误差问题。

爆破地震动与天然地震动相比,具有震动频率高、强度衰减快、震动持续时间短等特点,结构受到的爆破震动激励是非一致的,而目前对于结构在爆破震动非一致激励下的响应研究很少。为此,采用lagrange插值,实现现场爆破测震数据的非一致激励加载,进而利用动力有限元软件ls-dyna,模拟并分析一个四层普通砖混结构于不同激励方式(一致激励、多点激励、非一致激励)下结构响应的差异,分析了同一种激励方式下,爆破震动荷载信号震幅、主频的变化对结构响应的影响。此外,还研究了非一致激励条件下结构各层楼板震动的峰值速度之间的变化规律。研究结果表明:同样荷载同种激励方式下,墙体易首先发生破坏;较高频率震动荷载宜采用非一致激励;结构中各层楼板的峰值速度基本随着楼层的增加而增加。

在竖向串联多自由度模型基础上，建立了采用不同方法（线性加速度法，ｗｉｌｓｏｎ－θ法，ｎｅｗｍａｒｋ－β法）求解建筑结构非线性动力响应的统一算式－“拟动力方程”列出了计算步骤，该法物理概念明确，计算步骤清晰，同时可克服计算中的积累误差问题。

由于长周期地震动记录的缺乏,目前国内外对长周期地震动特性的研究尚不成熟,对长周期地震波作用下高层建筑结构弹塑性动力响应的研究成果也较少。本文从2003年日本北海道十胜冲地震记录中挑选出长周期tom(ew)波作为输入,以一30层钢筋混凝土框架-核心筒结构为背景,采用hilber-hughes-taylor递推格式,进行了长周期地震波作用下的高层结构弹塑性时程响应分析,并与普通elcentro波作用下的高层结构响应结果做了比较。通过对结构位移响应、加速度响应和应力分布的比较分析,探讨了长周期地震波作用下高层建筑结构的弹塑性响应特性,获得了有工程参考价值的结果。

我国地震频发,隧道抗震问题一直是研究的重点,但对于黄土隧道的地震动力响应研究实例较少,因此对于黄土坡-隧结构体系的动力问题需要进一步研究。对宝兰客专黄土隧道洞口段在地震作用下的动力响应特征利用midas-nx数值模拟和1∶80的隧道洞口段坡-隧系统大型振动台试验进行研究,分析在高边坡上不同进洞高程对坡面以及隧道衬砌加速度、位移以及放大系数的影响。试验结果表明:在其他条件相同的情况下,如坡高、坡角、入射地震波、填筑方式、衬砌结构等,进洞高程不同,洞口段破坏形态不同,破坏程度各异。地震动力作用下,隧道衬砌不同位置的峰值加速度与进洞距离密切相关。

简要地介绍了爆破地震波的产生和特性以及其对周围建筑物的影响,并列举了几种定量分析建筑物对爆破地震波结构响应的理论和方法。首次将波动理论引入到爆破工程中,为爆破研究工作开辟了新的道路。

依托新红岩隧道工程,探究了隧道典型爆破地震波与砌体低阶与高阶模态之间的关系,研究了不同工况爆破振动下砌体结构不同构件上的应力响应。砌体结构局部构件上的内力响应远比位移响应要显著,并且与质点的振速约成正比。在峰值振速相同条件下,当隧道爆破振动主频较高时,引起建筑物高阶局部模态下的动力反应,竖向振动引起的结构局部构件上的应力较大；反之,爆破振动主频较低,引起建筑物的低阶整体模态的动力反应,水平振动(结构弱轴方向)引起结构局部构件上的应力较大。砌体结构上的门角、窗角等应力集中部位最容易受损开裂,其次是在峰值振速较高时,局部振动较大的女儿墙、中隔墙等部位及砖墙与混凝土接触的部位也可能受损开裂。

对岩石爆破地震波作用下底层框架砌体结构进行了动力分析,建立了爆破地震波作用下底层框架砌体结构的非线性时程分析方法。并利用某水电站地下厂房开挖爆破的地震波,对其周边的1栋1托5底层框架砌体结构,进行了实例分析,通过与构造地震波作用下结构的动力反应进行了对比,对其安全性进行了评估

选取三条具有显著长周期特性的地震波,进行频谱特性分析,此后作为地震动时程输入,对高层结构进行基于材料本构的弹塑性时程分析,并与普通地震波作用下的结果进行对比研究。结果显示,高层结构在长周期地震作用下的基底剪力、层间位移都大于普通地震波的作用。

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为了研究地震作用下重力式挡墙的动力响应,本文利用有限元软件plaxis建立数值模型,施加了northbridge地震波,分析了不同地震动峰值加速度、不同墙高对重力式挡土墙地震响应的影响,得出了以下结论:墙底至0.5倍墙高范围内,水平加速度沿墙高逐渐减小,而在0.5倍墙高至墙顶范围内,水平加速度沿墙高逐渐增加;随着墙高的逐渐增加,挡墙地震主动土压力合力也随之呈非线性增大。随着地震动峰值加速度的增加,挡墙地震主动土压力合力也随之呈线性增大。地震主动土压力强度沿墙高呈非线性分布,且在挡墙底部略有减小。