建筑结构对爆破震动响应的研究

论文摘要

随着爆破技术的不断发展和完善以及城镇建设改革的需要,工程爆破的应用范围发展到今天的城市大型建（构）筑物的拆除、基坑的开挖、大桥和轻轨工程施工、地铁的施工、高速公路和城区道路以及机场的平整建设等,爆破的环境也已由人烟稀少的荒郊野外转移到人口密集的城镇。但是,对爆破震动的理论研究远远落后于工程实践,现有的一些爆破设计方法和安全评估分析大都采用经验和半经验法,时常引发安全事故,阻碍爆破事业发展。基于以上问题,本文主要做了以下几个方面内容:①通过对爆破地震波的产生机理、时域和频域分析,并与天然地震波作对比,得出爆破地震波有持时短、幅值大、频率高、衰减快等特点。②应用课题组编制的非线性时程分析程序,对四个分别为2层、7层、12层和16层的框架结构进行时程分析。结构采用空间三维协同力学模型,将空间整体结构离散为多个以刚性楼板相连的平面子结构,以平面分段变刚度单元来模拟钢筋混凝土构件的非线性工作特性,弯曲恢复力模型采用骨架曲线非对称的修正Otani模型,并考虑了由于剪切变形影响而产生的捏拢效应以及节点区域钢筋粘结滑移的影响,选取两条典型爆破地震波,研究爆破地震作用下框架结构的动力特性。③利用SAP2000分析了爆破地震作用下两个分别为12层和24层高层剪力墙、框架-剪力墙结构的动力特性,并与天然地震作用下的结果作对比研究。④采用集总参数模型,即在结构底部施加弹簧和阻尼器的方法考虑土-结构相互作用,用SAP2000对三种框架结构,分别为单层厂房、2层框架和12层框架结构进行时程分析,并与刚性基础假定分析结果对比研究。⑤使用相同的频率和振动峰值,但不同持时的爆破地震波,以及相同持时和振动峰值,但不同频率的爆破地震波,对两个分别为7层和12层框架结构进行时程分析,研究爆破地震波持续时间和频率对结构响应的影响。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外爆破地震动响应的研究现状
• 1.3 钢筋混凝土结构非线性地震反应分析综述
• 1.3.1 构件非线性分析模型
• 1.3.2 整体结构的非线性时程分析方法
• 1.4 本论文研究目的及主要研究内容
• 2 爆破地震波的产生机理及特征分析
• 2.1 爆破地震波的产生机理
• 2.2 爆破地震波的基本分类
• 2.2.1 体波
• 2.2.2 面波
• 2.3 爆破地震波的振动特性分析
• 2.3.1 爆破地震波的时域分析
• 2.3.2 爆破地震波的频谱分析
• 2.4 爆破地震与天然地震的差异
• 3 钢筋混凝土框架结构非线性动力分析程序
• 3.1 前言
• 3.2 程序的基本假定
• 3.3 程序分析步骤及程序框图
• 3.4 程序中采用的非线性单元模型
• 3.4.1 带刚域的单元弹塑性刚度矩阵的推导
• 3.4.2 非线性单元恢复力模型
• 3.5 整体结构的力学模型
• 3.5.1 参考坐标系
• 3.5.2 结构振动模型
• 3.6 空间结构非线性分析方法
• 3.6.1 运动方程的建立
• 3.6.2 质量矩阵
• 3.6.3 平面子结构的抗侧移刚度矩阵
• 3.6.4 空间刚度矩阵的形成
• 3.6.5 几何非线性
• 3.6.6 阻尼
• 3.7 非线性动力方程组求解
• 4 建筑结构在爆破地震作用下的弹塑性时程分析
• 4.1 前言
• 4.2 爆破地震工程结构动力学分析方法
• 4.2.1 反应谱法
• 4.2.2 时程分析法
• 4.3 爆破地震波的选取
• 4.4 框架结构在爆破地震作用下的非线性时程分析
• 4.4.1 结构一（2 层RC 框架结构）
• 4.4.2 结构二（7 层RC 框架结构）
• 4.4.3 结构三（12 层RC 框架结构）
• 4.4.4 结构四（16 层RC 框架结构）
• 4.4.5 天然地震作用下框架结构非线性时程分析
• 4.5 剪力墙结构在爆破地震作用下的动力分析
• 4.5.1 结构选型
• 4.5.2 分析结果
• 4.6 框架-剪力墙结构在爆破地震作用下分析结果
• 4.6.1 结构选型
• 4.6.2 分析结果
• 4.7 爆破地震作用下考虑土-结构相互作用的框架结构动力分析
• 4.7.1 土-结构相互作用分析模型建立
• 4.7.2 土-结构相互作用模型分析结果
• 5 爆破震动持续时间与震动频率对结构响应的影响
• 5.1 前言
• 5.2 爆破震动持续时间对结构响应影响分析
• 5.3 爆破地震频率特性对结构响应影响分析
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 对后续工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录