砌体结构在竖向爆破振动下的非线性响应分析

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随着青岛地铁一期工程M3线的顺利开工,青岛人二十余年来的地铁梦即将实现,青岛地铁工程的建设,是青岛城市交通建设史上的重要标志,必将把青岛城市建设和发展带入一个崭新的时代。地铁有多种施工工法,比如钻爆法、掘进机法、盾构法、顶管法、浅埋暗挖法和新奥法等。由于青岛市花岗岩之上,地下基岩具有埋深浅、围岩等级高等特点,钻爆法是首选的施工工法,目前正在施工的青岛地下轨道交通M3号线各区间隧道均采用钻爆法施工。   钻爆法带来高经济效益的同时,施工爆破对环境的影响也日显突出,爆破振动波传播至地面,会引起地面产生地震动,该振动作用直接传至地上建筑物,将会使得既有建筑物产生不同程度的损伤破坏。将爆破振速控制在什么范围内,地面既有建筑物能承受多大的爆破振速,如何正确处理地铁施工爆破与地上既有建筑物直接的关系,这些问题己日益成为急待解决的课题。   在地上既有建筑物中,砌体结构是不可忽视的一类建筑物,其量大面广,主要作为居住、办公、学校和医院等与人民日常生活密切相关的民用与公共建筑,约占民用与公共建筑的80%以上,并且在今后相当长的时间内仍具有十分广泛的应用价值,这种结构的抗振动性能好坏直接关系到人民群众的生命和财产安全。青岛市地铁隧道M3号线全线下穿90多个建筑物,其中包含59座砌体结构建筑物,且多数为居民住宅建筑。所以严格的控制控制爆破振动的冲击能,减轻冲击波对砌体结构损伤,是整个地铁施工过程中的重要一环。   本文采用动力弹塑性时程分析理论,运用ANSYS大型有限元软件,建立砌体结构弹塑性有限元分析模型,进行了非线性时程分析和抗振动性能研究。模型模拟青岛市最常见的多层砌体结构材料属性,采用RVE等效单元方法,建立砌体结构的有限元模型。在模型中输入不同速度、加速度竖向爆破振动波,模拟砌体结构在竖向爆破振动作用下的响应,计算机运用结构动力方程的数值分析方法,求解结构在不同振速振动作用下,获得各时刻各质点的位移、速度、加速度以及构件内力等数据。对同一砌体结构不同振速下的第一主应力、位移进行横向对比分析,通过分析总结砌体结构的在竖向爆破振动下的破坏规律,给出青岛地铁隧道施工爆破振速建议值。
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