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​四川江油市建筑物在冲击碾压振动下的动力时程响应计算分析

2019-05-13 混凝土破碎 251 次 0 评论

四川江油市建筑物在冲击碾压振动下的动力时程响应计算分析

一、计算模型和计算方法

从理论上讲,如果能将冲击碾压引起的地基振动或冲击波作用表达成结构在与岩土交界面上所受的力时间函数,则根据结构的运动方程就可以求出建筑结构的动力响应位移速度或加速度。然而,正是由于这种力时间函数的确定极其困难,用这种方法来研究结构的冲击碾压振动效应难以得到实际应用。另一种计算方法是,对原处于静止状态的建筑结构,将基础或地基的实测冲击碾压振动信号作为它的初始条件,然后根据运动方程来求解该结构的动力响应。

这种方法类似于计算结构的地震响应,显然比第一种方法更具有可行性。

基于这个原理,Svinkin[1提出了在冲击碾压施工开始前观测现有土层、建筑物和设备整个时域内振动记录的脉冲反应函数预测法。脉冲反应函数预测法和传统的经验方程和分析方法相比,具有一定的优点。本研究采用实际输入对冲击碾压环境振动下的结构物动力响应进行研究,分别计算了在离振源不同距离(0.6m、3m、5m、8m、11m、14m、16m)的冲击碾压引起的地面振动下,不同楼层层数的砌体结构和框架结构的时程动力响应,并对数据进行验算。

进行验算。

在受振建筑结构的计算模型选取方面,各楼层的力学模型可以简化为集中质量、弹簧和阻尼器,结构的附加内力主要是由基础运动加速度引起的。

取砌体和框架两种结构形式(2~6层),分别输入振动激励数据进行时程分析。时程分析采用层剪切计算模型,如图7.14所示,分析方法采用弹性时程分析方法,即考虑结构的刚度始终是线弹性的,求解方法为Wilson-0法。弹性时程分析流程图如图7.15。

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图7.14时程分析层剪切计算模型

Wilson-0法是Wilson于1966年基于线形加速度法的基础上提出的一种无条件收敛的计算方法。该方法假定在At时程步长内,体系的加速度反应按线性变化。当0=1.37时,此方法是无条件收敛的。但0取值太大时,会出现较大的计算误差,通常取0=1.4。

对于振动激励持续时间范围内的每一个微小时刻△t,从第一时段开始到最后一个时段,逐一重复以下计算步骤,即得到结构的时程反应的全过程。计算方法如下:

(1)计算=0At的时段内各质点的位移增量{△x}r;

(2)利用{△x},计算出第i+1时段△t内的加速度增量{△x};

(3)再求解第i+1时段内At内的位移增量{△x)和速度增量{△x};

(4)再以各质点在第t时刻的动力反应为基础,分别加上位移增量{△x}和速度增量{△x},得到第t+1时刻的各质点的相对位移反应{△x}i+1和相对速度反应{△x}+1;

(5)最后将和代入结构的运动微分方程,求得第t+1时刻的相对加速度反应。

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图7.15分析模型与计算流程图

二、结构参数

本研究给予以上方法和流程,分别计算了层数为2~6层的砌体结构、框架结构各楼层的动力时程响应(位移、速度、加速度)、结构参数,见表7.5、表7.6。

砌体结构参数——质量(kg)2500;刚度(N/m)1.2×107表7.5

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框架结构参数——质量(kg)2500;刚度(N/m)3.0×10表7.6

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三、抗震变形验算]

由于计算数据众多,限于篇幅文中只列出冲击碾压振动下二层砌体结构动力时程响应各分量最大值数据表(表7.7,其中平地震影响系数见表7.8),首先引用多遇地震作用下层间弹性变形验算,验算目的是防止非结构构件在小烈度地震作用下发生过重的破坏,以减少可能导致的修复费用。验算对象是框架、填充墙框架、框架一抗震墙结构和框支结构的底层部分。

验算公式为

AU.≤[0.]H(7.3)式中:△U.——多遇地震作用标准值产生的层间弹性位移;H——层高;

[e.]——层间弹性位移角限值,见表7.9。

K45km二层砌体结构动力时程响应各分量最大值(#2代表横向;#3代表纵向)表7.7a)

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K47km二层砌体结构动力时程响应各分量最大值(#2代表横向;#3代表纵向)表7.7b)

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平地震影响系数最大值Qa.表7.8

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本验算砌体弹性位移角按1/1000计算,框架按1/550计算,按层高2.8m计算。

砌体容许层间弹性位移为0.0028m,框架容许层间弹性位移为0.0051m。只计算水平振动引起的结构层间位移发现均未出现超出容许位移的情况。

本验算砌体弹性位移角按1/1000计算,框架按1/550计算,按层高2.8m计算:砌体容许层间弹性位移为0.0028m,框架容许层间弹性位移为0.0051m。如表7.10所示,二层砌体结构的最大层间位移,在45km测点处距离振源0.6m处的横向方向上为0.0007m,对应位置的二层框架层间位移也约为0.0007m,越远层间弹性位移越小,依据抗震变形验算水平振动引起的结构层间位移,发现以上结构均未出现超出容许位移的情况。

冲击碾压振动下不同结构按最大加速度判断的安全距离表7.10

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冲击碾压振动下不同结构按对应频率速度峰值判断的安全距离表7.11

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