建筑物在爆破地震作用下的动力响应分析.pdf

第 3 2卷第 4期 2 0 1 5年 1 2月 爆破 BLASTI NG Vo 1 ． 3 2 No． 4 De c． 2 01 5 d o i 1 0 ． 3 9 6 3 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 4 8 7 X． 2 0 1 5 ． 0 4 ． 0 2 9 建筑 物在爆破 地震 作用下 的动 力响应分析 术 胡 坤 伦， 吴 I 齐 ， 曹 勇 ， 杨 帆 安徽理工大学 化学工程学院， 淮南 2 3 2 0 0 1 摘要 根据小波分析理论， 通过 d b 8小波进行小波分解得到各层级的重构信号， 探究爆破地震波到达不 同测点处动力响应的区别， 以达到优化爆破设计参数的 目的。通过对比建筑物内外测点监测结果可以得出 建筑物固有频率所在频带的信号出现一定的放大效应， 有些距固有频率较远的频带波形表现出快速的衰减 特性， 爆破地震信号的低频成分在建筑物中的持续时间得到延长。 关键词 小波分析； 爆破地震波； 动力响应 中图分类号 0 3 8 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 5 0 4 0 1 4 904 I i a l n i c R e s p o r ts e A n a l y s i s o f S t r u c t u r e u n d e r B l a s t i n g S e i s mi c S i g n a l HU Ku n l u n， 一 q i ， CAO y 0 ， Y ANG Fan C o l l e g e o f C h e mi c a l E n g i n e e r i n g ， A n h u i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， H u a i n a n 2 3 2 0 0 1 ， C h i n a Abs t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e t h e o r y o f w a v e l e t a n a l y s i s ， t h e r e c o n s t r u c t e d wa v e l e t s i g n al o f v a r i o u s l e v e l s c a n b e r e c e i v e d t h r o u g h wa v e l e t de c o mp o s i t i o n b y u s i ng db 8 b a s i c wa v e l e t ， t he n t h e d i ffe r e n t d y n a mi c r e s p o ns e s we r e d e t e c t e d wh e n b l a s t i n g s e i s mi c s i g n al a r r i v e d ， wh i c h h e l p s t o a c h i e v e t h e o p t i mi z e d b l a s t i n g d e s i g n p a r a me t e r s ． B y c o mp a - r i n g t h e a n aly s i s r e s u l t s o f me u fi n g p o i n t i n s i d e o r o u t s i d e t h e s t ru c t u r e， t h e r e s u l t i n d i c a t e s t h a t t h e s i g n a l s i n t h e f r e q u e n c y b a n d o f t h e s t a c t u r e n a t u r al f r e q u e n c y s h o w a mp l i f i c a t i o n e ff e c t ， an d s o me o t h e r f r e q u e n c y b a n d s l o c a t e d f a r f r o m t h e n a t u r al f r e q u e n c y s h o w r a p i d a t t e n u a t i o n， a n d t h e l o w f r e q u e n c y c o mp o n e n t o f b l a s t i n g s e i s mi c s i gn a l l a s t l o n g i n t h e s t ruc t u r e ． Ke y wor ds w a v e l e t a n a l y s i s ；b l a s t i n g s e i s mi c s i gn a l ；d y n a mi c r e s p o n s e s 近些年来 ， 随着城市周边的爆破工程 的增多 ， 爆 破振动对建筑物安全的影响也越来越得到人们 的重 视。由于爆破所引起 的振动 ， 会造成在爆源附近的 地面以及地面的建筑物在爆破地震波到达后产生振 动⋯ ， 如果这种振动达 到了一定 的强 度， 就会对 爆 区附近的建筑物产生一定 的破坏 ， 严重 的话就有可 能给人们 的生命财产造成极大的损失 。因此 ， 在爆 破工程的规模和数量快速增加 、 在精细爆破理念得 到广大爆破设计工作者认可的今天， 对爆破地震效 收稿 日期 2 0 1 5一l 2 0 3 作者简介 胡坤伦 1 9 6 2一 ， 男 ， 安 徽蒙城 ， 安徽 理工大 学化工 学院 弹药工程与爆炸技 术系教授 、 博 士 ， 主要从 事爆破技 术理 论与应用教学和研 究工作 ， E m a i l k l h u 9 9 9 s i n a ． c o m。 基金项 目 国家 自然科学基金 项 目 5 1 1 3 4 0 1 2 应进行系统研究是 非常必要 的 J 。国内许 多科研 学者也在爆破地震效应方 面做 出 了丰硕 的研究 成 果。其 中包 括 将 小 波分 析 引入到爆 破地 震 的研 究 J ， 建立了能 考虑爆破振动 的强度、 频率 和持续 时间以及受控建筑物本身的动态响应特性 固有频 率和阻尼比 等 因素综合的安全判据 J ， 基于提升 模式研究 了二代 小波包 S G WP 算法等等 j 。许 多学者 的科研实践表明 ， 通过对建筑物质点振动速 度的控制能够减少地震波对结构造成的损害_6 ] 。 1 工程概 况及监 测分析 方法 某废 旧矿 山治理工程需要进行爆破作业 ， 爆 区 附近分布有一片居 民区， 离爆破地点最近 的一栋六 层楼房距爆源直线距离仅有 2 1 0 m。为确保爆破所 1 5 0 爆破 2 0 1 5年 1 2月 产生的地震波对楼房的安全使用不产生影响 ， 同时 为该矿I J 』 爆破方案的优化提供相关 数据 ， 需要对该 楼房进行爆破振动监测 。在该楼房距爆 源方 向 最近的一楼道内放置一 台测振仪作为测点 ， 在楼 房外距离 测点 2 0 m左右 的平坦地面上放置另外 一 台测 振 仪 作 为 测 点 。此 次 爆 破 总 药 量 为 9 8 8 k g ， 最大单响药量为 6 2 k g ， 采用逐孔起爆 ， 总延 时为 5 0 0 I n S 。 此次监测使用了成都中科测控有限公司研制的 T C -4 8 5 0 爆破测振仪 j ， 该仪器采用并行三通道监 测。由于爆破振动信号 的主振频率一般在 2 0 0 Hz 以下 ， 因此根据采样定 理 ” ， 将信号的采样 率设 置为 4 0 0 0 H z ， 那么得到其 N y q u i s t 频率为 2 0 0 0 Hz 。 由于使用 d b 8小波进行信号重构后误差 比较小 ， 因 此处理爆破振动信号 多采 用 d b 8小波⋯， 汜 。对监 测信号进行 8层的小波分解 ， 根据小波分解原理 ， 可 分解得到 9个频带 ， 其 中 。 8为低频频带 ， 频带宽度 为 0～7 ． 8 1 2 5 H z ， d 8～d l为高频频带 ， 频带 宽度分 另 为 7 ． 8 1 2 5 ～1 5 ． 6 2 5 H z ， 1 5 ． 6 2 5 ～3 1 ． 2 5 H z ， 31 ． 2 5～62． 5 Hz， 6 2． 5～1 25 Hz ， 1 2 5～2 50 Hz， 2 5 0～ 5 0 0 H z ， 5 0 0～1 0 0 0 H z ， 1 0 0 0～ 2 0 0 0 H z 。如表 1 所示。 表 1 各频 带频 率分布范 围 Ta bl e 1 The r an ge o f va r i ou s f r e que nc y ba nds 2 爆破振 动信 号的小 波分析 2 ． 1 小波 变换 理论 小波分析方法是一种窗 口大小 即窗 口面积 固定但其形状可变 ， 即时 间窗和频率 窗都可 以改变 的时频局部 化分析方法 ’ H ] 。该方法 的特点 是在 低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨 率 ， 在高频部分具有较 高的时问分辨率和较低 的频 率分辨率 ， 因此小 波分 析也被 称为数学上的“ 显微 镜 ” 。 设 t E L R ， L R 为能量有 限的信 号空 间， 其傅里叶变换 为 。那么当 满足容 许条件C 』 上d 0 ． 0 1 极严重 可能大部分人死亡 3 结论 利用最小 自由能法计算出爆炸装药的爆炸产物 平衡组分和爆炸反应方程式 ， 依据盖斯定律计算 出 爆炸装药的定容爆热 ， 并根据爆炸装药量算 出该 弹 的冲击波超压。 计算结果表明由于高氯酸钾分解反应吸热且产 生气体的特性 ， 有效降低药剂爆热 ， 并能够满足药剂 爆炸分散发烟 的要求 。通过冲击 波超压计算 ， 确定 爆炸装药药量为 1 6 g ， 具有较高的安全性 ， 在距爆炸 中心 0 ． 1 m处的冲击波不会对人员造成伤害， 符合 非致命 防暴弹药的设计要求。为爆炸式防暴弹药 的 装药设计及改进提供理论数据 ， 为微量爆炸装药近 距离爆炸的安全性设计提供研究方法。 参考文献 Re f e r e n c e s 吴腾芳． 爆破材料与起爆技术[ M] ． 北京 国防工业出 版社 ， 2 0 0 8 ． 潘功配， 杨硕． 烟火学[ M] ． 北京 北京理工大学出 版社 ， 1 9 9 7 ． 刘丽梅， 肖 国， 夏建才， 等． 改性铵油炸药的热化学 计算与分析[ J ] ． 煤矿爆破， 2 0 1 4 1 3 0 - 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