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爆破振动对砌体结构建筑物的动力响应分析

更新时间:2009-03-28

露天采场爆破所产生的爆破振动对临近建(构)筑物会造成不可避免的影响,各种外部因素如爆源位置、炸药量、装药结构、传播介质和场地因素等在不同程度影响临近建(构)筑物的稳定性,同时也受到建筑结构特性和建筑材料特性的内部因素的影响。我国大多数爆破振动规律的分析也主要以萨道夫斯基公式基础,计算得出爆破振动速度,再结合《爆破安全规程》(GB6722—2014)所规定的不同类型的建(构)筑物的质点振动峰值速度,以此作为建(构)筑物结构失稳的安全判据。但即使实际监测的质点振动峰值速度符合上述规程,仍造成临近建(构)筑物出现裂纹等破坏现象。近年来国内有关学者对动力响应分析展开了一系列研究。谢承煜等〔1〕采用有限元数值分析方法,得出了在变化规律和趋势上,爆破振动速度和加速度的动力响应数值分析结果基本相似。宗琦等〔2〕运用有限元软件ANSYS建立了砌体结构计算模型,研究了在爆破地震波作用下砌体结构的破坏特征。王振伟等〔3〕采用ANSYS有限元软件建立了框架结构主体和砌体填充墙的计算模型,计算出固有频率并通过分析得出在地震波作用下模型的动力响应。

本文旨在通过结合昆阳磷矿的实例,采用对临近三层砌体结构建筑物的爆破振动监测和爆破振动数值模拟相结合的方法分析露天采场爆破振动对临近砌体结构建筑物的动力响应情况,以及对砌体结构建筑物稳定性的影响,使爆破振动对砌体结构建筑物产生的影响控制在国家爆破安全规程规定的允许范围之内,从而为以后的矿山生产爆破提供指导。

1 工程概况

1.1 工程概况

爆破监测地点位于昆明市西南72 km的昆阳磷矿,该矿山生产能力260万t/a。爆破采用逐孔起爆网络,在二采区(2110~2100水平33~35#区间)进行了一次爆破监测,如图1所示,爆破具体监测数据如表1所示。

  

图1 二采区爆区Fig.1 Blasting area of the second mining area

 

表1 爆破振动监测结果

 

Table 1 Blasting vibration test results

  

爆破地点测点编号测点位置距离/m总药量/kg最大单响药量/kg质点振动峰值速度/(cm?s-1)xyz二采区2110~2100水平33-35#区间5#民房1层2#民房2层1#民房3层144326205183.50.0980.0800.0680.100.1460.0870.2200.2310.108

1.2 监测系统及方法

爆破振动监测系统为中科院成都分院的TC-4850爆破振动信号测试系统,主要由测振仪、速度传感器及计算机和分析软件组成。爆破振动监测方法是在临近的三层砌体结构建筑物(民房)的每一层安置速度传感器,如图2所示,为了使传感器能与地板耦合良好,将传感器用石膏黏粉黏结于地板,传感器X轴指向爆源,然后把传感器与测振仪相连,当爆破振动信号传递给速度传感器时,速度传感器会将采集到的信号转换成电信号传递给测振仪。

  

图2 测振仪现场布置图Fig.2 Site layout drawing ofthe vibration measurer

2 结构动力响应及稳定性分析

为了更好地了解矿区开采爆破对三层民房的影响,除了实施现场爆破振动监测外,还对爆破振动下三层民房动力响应及稳定性进行了分析。

② 卡西·纳特布朗著.刘焱,刘丽湘译.读懂幼儿的思维:幼儿的学习及幼儿教育的作用.北京师范大学出版社(第三版):58.

参考文献

2.1 动力响应时程方法与步骤

2012年11月,于扬在易观国际集团第五届移动互联网博览会首次提出“互联网+”理念,他指出:“互联网+”公式应该是我们所在的行业目前的产品和服务,在与我们未来看到的多屏全网跨平台用户场景结合之后产生的这样一种化学公式[2]。

在进行动力响应时程分析时,鉴于结构阻尼对结构的动力响应影响很大,阻尼比的影响基本上反比于位移反应。因此,本研究在选取阻尼时,采用输入Rayleigh阻尼(瑞利阻尼)的方法。即选取瑞利阻尼为:

C=αM+βK

(1)

式中,C为阻尼矩阵; K为刚度矩阵;M为质量矩阵;α为与质量成比例的阻尼常数;β为与刚度成比

2.3.1 动力响应计算结果

2.2 动力响应模型的建立

2.2.1 模型建立

在利用ANSYS-LSDYNA有限元数值模拟时,一般来说,网格越密得到的结果越好。但是网格太小、单元节点过多将会占用大量的分析时间,同时也会因为节点数太多,导致计算机存储器不够而无法计算。因此在建立三层砌体结构建筑物三维有限元时,结合计算机资源和模型情况,楼板与墙采用Shell63单元,混凝土梁和柱采用Beam188单元。

2.2.2 建模材料参数选取

建立混凝土砌体结构有限元模型时采用整体式模型,不必考虑砌体和混凝土分离的组合式模型,这样可以满足精度要求,同时还可以大大减化建模难度,其材料参数如表2所示。

 

表2 材料力学参数

 

Table 2 Materials mechanics parameters

  

单元密度/(kg·m-3)弹性模量/GPa泊松比单轴抗压强度/MPa单轴抗拉强度/MPa砌体2500300.212.710.31

2.2.3 模型的约束条件

计算中不考虑土与上部结构共同作用,基础与地基刚接,即约束与地面接触的框架柱以及墙上节点的所有自由度。对采场周边的三层砌体建筑物建立了有限元计算模型,具体如图3所示。

可利用J2型经纬仪动态监测竖炉倾斜状况,同时优化竖炉烘炉曲线,改变料制以改善炉内气流分布,合理调整空燃比,并根据实测的炉内铜液、炉壳及炉口温度采取相应的整改措施;整体拆除竖炉内耐火材料,通过调整炉体连接螺杆的松紧度纠偏。

  

图3 常见的三层砌体建筑物有限元模型Fig.3 A finite element model of three masonry buildings

2.2.4 载荷的确定

由上述计算分析,在二采区开采爆破时所监测的民房1楼水平切向振动波作用下,当最大爆破振动响应时,三层砌体结构的水平径向加速度的最大值为 0.000 049 7 m/s2,小于水平切向加速度的最大值0.000 059 7 m/s2,说明3楼楼板和墙在切向更易受震破坏。在二采区开采爆破时所监测的民房1楼水平切向振动波作用下,三层砌体结构的最大米塞斯应力为0.3 kPa、最大第一主应力为0.25 kPa、最大第三主应力为0.25 kPa,远小于抗拉强度0.31 MPa;在二采区开采爆破时所监测的民房1楼水平切向振动波作用下,三层砌体结构的水平径向最大位移为2×10-6 m,水平切向最大位移为2.03×10-6 m,切向位移略大于径向位移,径向上民房1楼楼板和墙与切向上民房3楼楼板和墙位移较为突出,是震动破坏的高危区域。砌体结构建筑物实际楼层高度为9.9 m,最大位移与楼层高度比值为远小于规范值因此在爆破振动作用下砌体建筑物处于弹性变化范围。

  

图4 水平切向爆破振动波形图Fig.4 Vibration waveform of horizontal tangential blasting

2.3 爆破振动作用下动力响应分析

例的阻尼常数。根据GB50011—2001《建筑抗震设计规范》〔4〕,砌体结构阻尼比取5%。

在二采区开采爆破时所监测的民房1楼水平切向振动波作用下,最大爆破振动响应状况下三层砌体结构的水平径向加速度 、水平切向加速度、米塞斯应力、第一主应力、第三主应力、水平径向位移以及水平切向位移分布情况如图5至图11所示。

  

图5 最大爆破振动响应下水平径向加速度分布Fig.5 Horizontal radial acceleration distribution under the maximum blasting vibration response

  

图6 最大爆破振动响应下水平切向加速度分布Fig.6 Horizontal tangential acceleration distribution under the maximum blasting vibration response

  

图7 最大爆破振动响应下米塞斯应力分布Fig.7 Mises stress distribution under the maximum blasting vibration response

  

图8 最大爆破振动响应下第一主应力分布Fig.8 The distribution of the first principal stress under the maximum blasting vibration response

  

图9 最大爆破振动响应下第三主应力分布Fig.9 The distribution of the third principal stress under the maximum blasting vibration response

  

图10 最大爆破振动响应下水平径向位移分布Fig.10 Horizontal radial displacement distribution under the maximum blasting vibration response

  

图11 最大爆破振动响应下水平切向位移分布Fig.11 Horizontal tangential displacement distribution under the maximum blasting vibration response

2.3.2 计算结果分析

爆破振动激励作用下砌体结构物的动力响应的研究主要是通过向ANSYS-LSDYNA软件中的建筑物模型输入爆破振动波,根据文献〔5〕,砌体结构建筑物的动力响应主要以水平方向的切向运动为主,垂直方向的爆破振动产生的影响较之水平方向要小得多,说明结构主要受爆破振动波的水平分量的影响,故选择切向振动波作为输入波。本研究选取二采区开采爆破时所监测的民房1楼振动波速曲线作为动力响应计算分析所用爆破振动波,水平切向振动波形如图4所示。

时程分析法输入数据化的爆破振动波,通过有限元、结构动力学中的数值计算,逐步积分求出随时间变化各质点的位移、速度和加速度的结果,再得出其动力响应的变化分布情况,进而可以计算构件的内力和变形的时程变化。为提高迭代精度,保证迭代收敛性,并在加载过程中采用逐级加载的方法,因此,爆破振动波的原始记录时间间隔为0.125 s,取迭代步长为0.012 5 s。

2.4 爆破振动作用下砌体结构稳定性分析

根据我国《民用建筑可靠性鉴定标准》〔7〕(GB 50292—2015),各类结构不适于继续承载的侧向位移评定如表3所示,以及爆破振动作用下三层砌体结构位移计算结果所进行的比较如表4所示。

 

表3 各类结构不适于继续承载的侧向位移评定表

 

Table 3 Evaluation of lateral displacement of various structures

  

检查项目结构类别顶点位移结构平面内的侧向位移/mm砌体结构多层结构墙高度H≤10m>40柱高度H≤10m>30

注:表中H为结构总高度。

 

表4 结构位移比较表

 

Table 4 Structural displacement comparison table

  

结构类别总建筑高度/m(GB50292—1999)位移控制/mm计算的最大侧向响应位移/mm结果判定三层砌体结构9.9墙<402.03×10-3结构安全柱<302.03×10-3结构安全

结果表明,在二采区开采爆破时所监测的民房1楼水平切向振动波作用下,三层砌体结构的响应加速度、应力分布及结构位移均较小、二采区开采爆破在三层砌体结构引起的振动响应总体较小,对三层砌体结构整体稳定性和安全性基本无影响;最大应力远小于抗拉强度0.31 MPa,砌体建筑物在本次爆破振动波作用下处于弹性变化范围;另外,爆破振动速度有随民房楼层高度增加而逐步放大的情况。

3 结论

1)通过ANSYS-LSDYNA对三层砌体结构建筑物建模分析,载入实测爆破振动波信号,对建筑物在爆破作用下的动力响应进行了研究,结果表明,径向加速度略小于切向加速度,径向位移略小于切向位移,径向上民房1楼楼板和墙与切向上民房3楼楼板和墙位移较为突出,是震动破坏的高危区域。

对采区临近村庄砌体结构建筑物稳定性和安全性无影响,但砌体结构附近进行多次爆破作业时,应重视多次爆破振动对建筑结构的累积损伤效应,并采取相应的减振措施,确保建(构)筑物整体结构安全。

3)目前昆阳磷矿采区开采过程的爆破振动虽

2)二采区开采爆破在三层砌体结构建筑物所引起的振动响应对三层砌体结构建筑物整体稳定性和安全性无影响。

官方资料显示,郝建华,女,出生于1969年5月,河北涉县人,在职研究生学历,1996年3月加入民革。1994年12月,她在山西省政府法律服务处(三晋律师事务所)工作,于2005年7月起任山西佳镜律师事务所主任。

1.创造性地提出加强党纯洁性建设,并将之纳入党的建设的主线。报告提出:“全党要增强紧迫感和责任感,牢牢把握加强党的执政能力建设、先进性和纯洁性建设这条主线”[1]。明确提出加强党纯洁性建设,并将之纳入党的建设的主线,对于进一步推进反腐倡廉建设具有重要的理论意义和实践意义。

〔1〕 谢承煜,罗周全,贾楠,等.露天爆破振动对临近建筑的动力响应及降振措施研究[J].振动与冲击,2013,32(13):187-192.

〔2〕 宗琦,赵要才.砌体结构受爆破地震波作用破坏特征研究[J].安徽理工大学学报,2014,34(1):1-5.

这就导致了,在有限游戏中个别人的幸福必定是建立在多数人的痛苦之上的,“己之不欲,勿施于人”之类的伦理准则是根本不可能真正落地的。这就是人类社会经常陷入“囚徒困境”与“零和博弈”的现实逻辑。

1.3 NAFLD的诊断及分组 NAFLD的诊断采用2010年中华医学会肝脏病学分会脂肪肝和酒精性肝病学组制定的《非酒精性脂肪性肝病诊疗指南》的标准[9],即肝脏影像学(腹部超声)检查显示以下3项中的任意2项或2项以上者诊断为脂肪肝:(1)肝脏近场回声弥漫性增强(明亮肝),回声强度高于肾脏;(2)肝内管道结构显示不清;(3)肝脏远场回声逐渐衰减,同时排除病毒性、药物性、自身免疫性肝炎与每周饮酒量较大(折合乙醇量为男性大于140 g,女性大于70 g)。根据患者第2次入院时(随访终点)患者是否进展为NAFLD,将其分为进展组和非进展组。

《蝴蝶梦》描述了11岁被叛军掳走做娃娃兵的女孩拉姆努(Lamunu)5年后终于回到家之后的生活。“蝴蝶梦”源于主人公拉姆努的母亲的一个梦,“她说她梦到蝴蝶告诉她要保持坚强。那个梦之后的一夜,房子出现了很多蝴蝶。”[4]50那个梦给这个家庭带来了坚持生活下去和等待下去的希望,而这个梦带来的力量在拉姆努回到家之后又经历了波折。这个梦正如他们动荡的生活一样,都好似一个钟摆,从希望到失望,再从失望中找到新的希望。

〔3〕 王振伟,代树红,高鸿.露天矿爆破地震波作用下框架建筑的动力响应[J].安全与环境学报,2015,15(3):111-114.

1.3 统计学分析 应用Excel2003建立数据库,采用SPSS11.5软件包进行统计学分析。计量资料用(±s)表示,多组间比较采用单因素方差分析,两组间比较应用t检验,P<0.05为差异有统计学意义。

〔4〕 魏海霞,陈士海,张安康.基于动力有限元方法的典型砌体结构爆破振动安全标准的探讨[J].振动与冲击,2011,30(5):49-53.

〔5〕 苏贺.砌体结构建筑物对爆破地震波动力响应研究[D].安徽:安徽理工大学土木建筑学院,2009.

此题的正确答案是C,但教师不仅要求学生能找准正确答案,还要求学生能根据错误的选项改编题目,达到一题多练和逆向运用方法的效果。如果答案是A,题目应该这样改编(划去题目中的条件):

〔6〕 中华人民共和国建设部. 砌体结构设计规范:GB 50003—2011[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

〔7〕 住房和城乡建设部. 民用建筑可靠性鉴定标准:GB50292—2015 [S]. 北京:中国建筑工业出版社,2016.

 
黄奇,张智宇,李祥龙,袁铁峻,米中阳
《矿冶》 2018年第02期
《矿冶》2018年第02期文献

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