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建筑物定向爆破倒塌模拟及触地振动传播规律研究

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摘要

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2爆破拆除研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3数值模拟方法简介

1.4存在的问题

1.5研究方向及内容

第二章建筑物爆破拆除过程与地面振动分析

2.1引言

2.2建筑物爆破拆除技术原理

2.3建筑物爆破拆除倒塌方式

2.4某大学教学楼爆破拆除振动数据分析

2.4.1工程概况及振动监测方案

2.4.2振动测量结果及分析

2.5武汉市二七沿江商务区楼房爆破拆除振动数据分析

2.5.1工程概况及振动监测方案

2.5.2振动测量结果及分析

2.6本章小结

第三章基于LS-DYNA建筑物倒塌模型的建立

3.1 ANSYS/LS-DYNA简介

3.2单元类型选取

3.3钢筋和混凝土的本构关系及材料模型选取

3.3.1混凝土和钢筋的本构关系

3.3.2钢筋和混凝土材料模型的选取

3.4钢筋混凝土计算模型

3.5接触的定义

3.5.1接触类型的选择

3.5.2接触摩擦设置

3.5.3防止接触穿透措施

3.6模型的特殊求解控制

3.6.1材料失效方式的控制

3.6.2爆破缺口的形成

3.6.3填充墙质量的等效

3.7结构倒塌刚性场地与弹性场地对比

3.7.1场地参数选择

3.7.2地基边界处理

3.7.3有限元模型及结果分析

3.7.4小结

3.8本章小结

第四章定向倒塌地面振动速度分量的传播规律

4.1爆破拆除工程实例

4.1.1工程概况及爆破拆除方案

4.1.2有限元模型

4.1.3结果分析

4.1.4数值模拟准确性对比

4.2定向倒塌振动冲击传播规律分析

4.2.1现有地面振动预测公式简介

4.2.2基于前冲理论的定向倒塌振动成分分析

4.2.3定向倒塌与竖直冲击地面振动对比

4.2.4小结

4.3隔振沟对定向倒塌地面振动衰减的影响

4.3.1隔振沟的作用原理及研究现状

4.3.2隔振沟的设置及有限元模型的建立

4.3.3结果分析对比

4.4本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读硕士期间发表的文章

攻读硕士期间参与的科研项目

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摘要

随着现代化进程的加快,爆破拆除以其高效、快捷、经济等特点在城市拆除工程中越来越常见,但结构不仅在爆破瞬间产生爆破振动,而且倒塌过程中触地产生的振动也对爆破建筑物周边工程结构造成不同程度的影响。为探究结构倒塌触地振动传播规律,利用通用有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟结构倒塌过程及振动场地,主要完成以下工作:
  (1)介绍结构爆破拆除中从稳定状态过渡到失稳、倒塌状态的力学过程,以及塌落过程产生的振动效应可能造成的危害;以某大学教学楼和武汉市二七沿江商务区1#楼爆破拆除工程为例分析地面振动主要特性,并与以往工程经验作比较,证实了倒塌过程中塌落振动比爆破振动对周边建筑物造成的影响更大,且实测塌落振动速度不同方向的三个分量与预测值差异较大;
  (2)确定振动场地参数、选取适合的人工边界,建立倒塌振动场模型,将结构倒塌弹性地基与刚性地基模型进行对比。弹性振动场地模型计算时间较长,但得到的地面振动速度计算结果更为合理,可据此研究结构倒塌触地振动传播规律;
  (3)选取某学教学楼作为工程实例,利用ANSYS/LS-DYNA建立建筑物及场地数值模型,控制构件失效实现结构的倒塌过程,通过倒塌过程、倒塌状态、PGV等方面与工程实例对比;
  (4)对定向倒塌振动冲击的各个分量进行了分析,结合有限元模拟与工程数据定性地给出一般性规律,即沿倒塌方向上的地面振动最强,需对沿倒塌方向的水平振动予以更多重视;合理设置隔振沟可有效减弱地面振动;隔振沟越深,对地面振动减弱效果越好,但达到一定深度后,其减弱效果不再明显;水平振动的减振效果比竖向好。

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