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频繁爆破震动对框架结构楼房质量影响的研究.docx

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资源描述

1、安徽理工大学毕业设计本科毕业设计说明书频繁爆破振动对框架结构楼房质量影响的研究STUDY ON THE INFLUENCE OF FREQUENT BLASTING VIBRATION ON THE QUALITY OF FRAME STRUCTURE BUILDINGS学院(部): 化学工程学院 专业班级: 弹药工程与爆炸技术12-5 学生姓名: 付傲然 指导教师: 李洪伟 副教授 2016年5月30日34频繁爆破振动对框架结构楼房质量影响的研究摘要 现如今,随着爆破技术越来越普遍的应用于建筑行业、采矿及其他工业,工程爆破(岩石爆破和城市控制拆除爆破)已成为当今及其常见的工程施工技术。矿山、

2、采石场和楼房地基的某些情况下的建设,都需要进行岩石爆破;而在旧城改造的过程中,也少不了城市控制拆除爆破这项技术的运用。但是,在带来诸多便利的同时,工程爆破的危害,特别是爆破振动的危害,会给我们带来不少的困扰。它会使邻近建筑物或构筑物产生某些破坏,使其周围地质产生诸如塌方和危石之类的危险因素,这会给经济建设进程带来不少不必要的阻碍,比如产生某些不必要的经济纠纷或重大安全事故,造成不必要的损失。本文将从爆破地震波的参数着手,主要是对所实地测得数据进行分析,全面探讨爆破地震波对框架结构建筑物动力作用的特点,从而为进一步有效控制爆破地振动造成的危害提供参考。为了能搞清爆破振动对框架结构的影响,本文大致

3、从两方面对这个问题进行探讨,一是说明爆破振动波的传播规律,二是研究框架结构楼房对爆破地震波的动力响应问题。文章通过对某框架楼房内的爆破振动实地测试,并进行适当的数据处理,得出普遍情况下框架结构楼房内不同地点对爆破振动的响应规律。最后围绕爆破地震波的三要素,通过分析得出框架结构楼房在频繁爆破振动作用下,不同位置和不同楼层的振动幅度呈现一定的规律。本文的结论在一定程度上说明了框架结构楼房对爆破地震波的响应特点,且在工程实践中得以证实,具有一定的可信度,可以用于实际工程的参考。关键词:频繁爆破振动,爆破地震波,框架结构楼房,测震仪 STUDY ON THE INFLUENCE OF FREQUENT

4、 BLASTING VIBRATION ON THE QUALITY OF FRAME STRUCTURE BUILDINGSABSTRACTNowadays, with more and more widespread application of blasting technology in the construction industry, mining and other industrial engineering blasting (rock blasting and controlled blasting demolition of city) has become the c

5、ommon engineering and construction technology. The construction of some mines, quarries and building foundation under the need in the process of rock blasting; the transformation of the old city in the city, and ultimately controlled demolition using blasting of this technology. However, it brings m

6、any conveniences, hazards of blasting engineering, especially the hazard of blasting vibration, will bring no less trouble to us. It will make the adjacent buildings or structures caused some damage to the surrounding rock hazard such as landslide and dangerous rock like factors, this will give the

7、process of economic construction, bring a lot of unnecessary obstacles, such as the generation of some unnecessary economic disputes or major accidents, cause Necessary losses. This paper will from the blasting seismic wave parameters set, mainly on the field measured data analysis, a comprehensive

8、study of blasting seismic wave of frame structure building dynamic characteristics, so as to further effective control blasting vibration damage to provide reference.In order to understand the influence of blasting vibration on the frame structure, this article from two aspects of this problem are d

9、iscussed, one is to explain the propagation law of blasting vibration wave, two is the response of frame building on the power of blasting seismic wave. The blasting vibration of a frame building in the field test, and appropriate data processing, different place building frame structure under gener

10、al conditions on Response Law of blasting vibration. Finally, around the three elements of blasting seismic wave, through the analysis of frame building in frequent blasting earthquake action, different positions and different floor vibration amplitude showed a certain pattern. The results show that

11、 the frame structure of the building in response to the characteristics of the blasting seismic wave in a certain extent, and it was proved in the engineering practice, has a certain credibility, can be used in practical engineering. KEYWARDS:frequent blasting vibration,blasting seismic wave,、frame

12、structure building,seismic instrument目录摘要(中文)I摘要(外文)II1绪论11.1 引言11.2 相关领域的研究现状11.2.1 爆破地震参数计算的相关研究及现状21.2.2 爆破振动危害评价标准的研究31.3 课题的研究内容52爆破地震波形成的机理及其在对框架结构的影响72.1 概述72.2爆破地震波的形成机理72.3 爆破地震波的特性72.4 爆破地震波的传播规律82.5 爆破地震对框架结构的影响103爆破振动的危害及预防措施113.1 爆破振动的危害113.1.1 爆破振动对人的危害113.1.2 爆破振动对建(构)筑物的危害113.1.3 爆破振

13、动对环境的危害113.2 爆破振动影响下框架楼房的减震措施123.2.1 楼房方面采取的措施123.2.2 爆破施工方面采取的措施124爆破振动的测试以及数据处理144.1 爆破振动的测试原理144.2 爆破振动的测试方法144.2.1 测震传感器144.2.2 爆破振动自记仪144.3 爆破振动的实例分析及数据处理164.3.1 现场情况概述174.3.2 现场测试方案184.3.3 测试结果与数据处理185总结315.1结论315.2不足与展望31参考文献33致谢341绪论1.1 引言随着爆破技术的不断发展和完善以及城镇建设改革的需要,工程爆破的应用范围己由最早的采矿、修路发展到今天的城市

14、大型建(构)筑物的拆除、基坑的开挖以及城区道路和机场的平整建设等;爆破的环境也己由人烟稀少的荒郊野外转移到人口密集的城镇。工程爆破的应用极大地降低了人们的劳动强度,加快了建设速度,提高了工作效率。但是随着爆破技术的广泛应用,人们越来越关注爆破对周围环境和建筑物造成的影响,尤其是爆炸时产生的灰尘、振动等问题更加得到了重视。炸药爆炸释放出来的能量以两种形式表现出来,一种是冲击波,另一种是爆炸气体。随着传播距离的增大,冲击波衰减为应力波和地震波,地震波引起的(近地表)地面振动称为地振动。当这种振动达到一定强度时,就会对爆区周围的建筑物造成一定的破坏。因此,很多爆破工作者正在进行不断地试验和研究,来寻

15、求有效地控制爆破振动效应的方法1。生活中,爆破作业产生的爆破振动,会给我们实际的居住环境带来很多方面的影响,有可能造成楼房质量急剧下降造成不必要的事故,也会影响我们正常的生产和生活。而现如今框架结构楼房已经逐渐代替传统砖混式结构,成为楼房结构的主流,所以研究框架楼房在频繁爆破振动下的质量变化,减小爆破振动危害有非常重要的意义。研究爆破振动对框架楼房的影响,主要是探究爆破作用下地震波的传播规律,以及框架楼房在振动影响下的相应变化,为确定合适的爆破方案、装药方式、单孔装药量以及单响药量的确定提供理论的依据,从而在爆破振动危害的允许条件下,使爆破达到最佳的效果。框架式楼房主要以混凝土地基混凝土柱子混

16、凝土楼板作为受力支撑,各个受力部位都是有钢筋和砼(混凝土)相连,优点是稳固性强,空间设置灵活,其抗震性相比于传统砖混结构的要好一些,有的框架楼房在剪力墙的帮助下抗震能力又会再上一个档次。因此,研究这种楼房在频繁爆破振动下的质量变化,有着极其重要的意义。对于如何评价爆破振动对建筑物或构筑物造成破坏的标准,人们一直采用的是质点的峰值速度。因为爆破振动的破坏程度与质点振速大小的相关性最好,而且用质点振动速度可以将地震波所携带的能量与所产生的地应力、在结构中所产生的动能与内力联系起来。大量的实践表明,质点振速越小,建筑物的破坏就越不明显,反之破坏就很严重,因此可以认为用质点振动速度来衡量爆破地震效应是

17、很可行的2。 因此,为了搞清楚框架结构楼房对爆破地震波的响应特点,我们在本文中进行结构响应分析时,主要是考虑质点振动速度和振动频率等爆破振动因素,来对此课题进行全方位的讨论。1.2 相关领域的研究现状 研究爆破地震波对周围建筑物的影响要主要分析两方面内容,一方面是爆破地震波的特性及传播过程,另一方面就是不同特性的建筑物对地震波的响应情况,前者很多爆破工作者已经做了大量工作,而后者最近才为大家所关注,所以很多理论都不够成熟,待进一步研究。1.2.1 爆破地震参数计算的相关研究及现状 国外第一个爆破地振动规律是1950年由Morris3提出的,该经验公式考虑了装药量、测点与爆区的距离以及爆破场地的

18、特征参数,以质点最大振幅作为爆破安全的评价标准,该经验公式的出现为后来的评判标准提供了理论研究方向。1967年Lecont3对Morris的公式进行了修正,用质点最大振速取代质点最大振幅作为评价爆破对周围建筑物等的影响程度。接下来的几年里AmbraseysHendron以及Dowding4通过研究也得到了同样的结果,引入了比例距离一项,并对经验公式进行了修正,该公式在爆破领域中得到了广泛的应用。除了对质点峰值进行研究外,前苏联学者5研究结果表明,振动持续时间与起爆药量之间的关系不明显,而与测试距离存在一定的关系。国内在爆破地震波研究方面要比国外晚,但是也取得了一定的成绩。在经验公式的研究方面,

19、由于区域性地质的问题,各个地方的差异较大,工程上一般采用萨道夫斯基公式6,韩子龙7发现结构物在爆破地震作用下,其破坏程度与爆破地震引起的地面质点振动速度成正比,与频率比(即地面振动频率与结构自振频率之比)的常用对数成反比,以此为根据引进折合速度的概念得出长沙矿冶院公式。另外,从上世纪以来常用的公式有以下几个。美国矿业局对二十个采石场和建筑工地的爆破振动观测数据进行统计分析后,戴维在1966年提出了振速的计算公式: (1-1)式中,K和分别为现场的特征系数和指数。奥特维尔等人对欧洲采石场的爆破振动观测数据进行了统计分析,于1955年提出的振速公式如下: (1-2) 式中,K和分别为现场的特征系数

20、和指数。日本矿业会爆破振动研究委员会和物理探矿技术协会土木探矿研究会在1976年发布的爆破振动测定指南中并未涉及振动速度的计算公式,代之而行的是各公司的规定。旭化成工业株式会社提出: (1-3) 式中:K与爆破条件、地质条件有关的系数,掏槽爆破时,K=5001000,台阶爆破时K=200500;指数,爆区为粘土层时,=2.53.0,爆区为岩石时,=2.0;Q药量,10KgQ3000Kg;R爆心距,30mR1500m.我国爆破安全规程采用的是前苏联科学撒道夫斯基提出的经验公式。由以上经验公式可知,建筑结构物产生的质点最大振速与应力成正比,说明质点振动速度是判断结构物是否破坏的重要物理量。所以国内

21、外大多把质点的最大振速作为衡量建筑物破坏的判据。在条件允许的情况下,为了保证爆源周围房屋的安全性,必须实时监测爆破作业下质点的最大振速,通过工程实践中测得的数据研究框架结构楼房在爆破作用下的振动响应,并利用萨道夫斯基公式以及其修正形式进行线性回归分析,获得爆破振动反应中的振速衰减规律的K和值,进而研究爆破地震波的衰减规律6。1.2.2 爆破振动危害评价标准的研究上述我们对爆破地震波的参数进行了研究,目的是为了能更准确的预报爆破地振动对目标物的影响程度。过去我们一直都将质点振速作为评价爆破振动危害的唯一标准,但是经过这些年的实践与研究我们发现爆破地震波的频率也是一个非常重要的影响因素7。很多国内

22、学者在这方面做了大量卓有成效的工作,在爆破研究工作中取得了很大的进展,李孝林8对爆破振动测试结果的分析表明,频率在爆破震害中起重要作用,因而在建筑物爆破振动安全评价中应同时考虑振动幅值和频率两个指标。文中分析了爆炸能量、起爆段数、距离以及传播介质对爆破振动频率的影响,通过对爆破振动频率影响因素的分析得知,在爆破振动测试结果的分析中,应充分注意到爆破条件和测试条件的变化。叶海旺9等从爆破振速和爆震频率两方面介绍了爆破地震对结构的影响以及非爆破因素对结构的影响,并围绕这些所进行的各项研究和实验。爆破振动危害评价标准在不同时候都有不同变化,我国的爆破界学八方之长,经过不停的经验总结,发布了适应当今形

23、势的爆破安全规程,以下表格是最新的安全允许标准10。表1.1 爆破振动安全允许标准序号保护对象类别安全允许振速(cm/s)10Hz10Hz50Hz50Hz100Hz1土窑洞、土坯房、毛石房屋a0.51.00.71.21.11.52一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物a2.02.52.32.82.73.03钢筋混凝土结构房屋a3.04.03.54.54.25.04一般古建筑与古迹b0.10.30.20.40.30.55水工隧道c7156交通隧道c10207矿山巷道c15308水电站及发电厂中心控制室设备0.59新浇大体积混凝土d:龄期:初期3d龄期:3d7d龄期:7d28d2.03.03.07.07

24、.012注1:表列频率为主振频率,系指最大振幅所对应波的频率。注2:频率范围可根据类似工程或现场实测波形选取。选取频率时亦可参考下列数据:硐室爆破20Hz;深孔爆破10Hz60Hz;浅孔爆破40Hz100Hz。a选取建筑安全允许振速时,应综合考虑建筑物的重要性、建筑质量、新旧程度、自振频率、地基条件等因素。b省级以上(含省级)重点保护古建筑与古迹的安全允许振速,应经专家论证选取,并报相应文物管理部门批准。c选取隧道、巷道安全允许振速时,应综合考虑构筑物的重要性、围岩状况、断面大小、深埋大小、爆源方向、地震振动频率等因素。d非挡水新浇大体积混凝土的安全允许振速,可按本表给出的上限值选取。GB67

25、22-2014.爆破安全规程S.北京:冶金工业出版社,2015此标准将主振频率和振速作为衡量爆破振动影响大小的主要因素,这种评价标准很科学合理,这也是我们现在公认最准确的安全评价标准,以此作为工程爆破中的安全依据很具有可行性10。1.2.3 框架结构楼房对爆破振动的响应研究工程爆破时地震波在地质材料中的传播及对地下结构的作用,往往引起结构不同程度的损伤。这种消极效应如不加以有效地控制,往往会带来安全隐患,因此研究爆破引起的爆破地震波对建筑结构的影响,具有重要的现实意义。国外主要通过爆破地震烈度法来评价地震波对建筑物的影响,这种方法是以宏观震害为依据,将单一参数法同动力法的反应谱分析相结合,沿用

26、天然地震中的振动烈度的概念形成的11。大致总结起来,框架结构楼房对爆破振动的响应研究方式,有以下几种。 (1)地震烈度法 这种方法是以宏观震害为依据,将单一参数法同动力学方法的反应谱分析相结合,沿用天然地震中的振动烈度的概念形成的。其中,最有代表性的是前苏联的学者采用周期从0.15到0.8秒范围内反应谱平均值的谱烈度。该方法考虑了地震波的频谱特征和结构自振周期。比单一参数法前进了一步。然而,从爆破地震反应谱曲线的特征来看,频谱范围很宽,且衰减很快,采用平均值必然带来很大的误差,所以这种方法也是一种粗略的衡量方法。C.B麦德维捷夫于1967年提出了一个爆破地震烈度表,它将不同的谱烈度与爆破振动的

27、破坏特征联系起来建立了12级的爆破振动烈度表,这种用爆破振动烈度表的方法是从振动烈度表的宏观概念中移植过来而制定的,因此存在着一些问题和缺点。(2)反应谱法 反应谱理论是以质点弹性体系在实际地震过程中的动力响应为基础来进行结构反应分析的。按照这一理论,应用反应谱曲线,就可以按照实际的地面振动来计算建筑物的动力响应。采用这一理论计算结构动力荷载,首先将不同的建筑物简化为不同的单质点或多质点体系,然后求得结构的自振特性,即自振频率和对应的振型曲线。 (3)时程分析法 反应谱理论虽然同时考虑了建筑结构各频段振动幅值的最大值和频率两个要素,但爆破振动持续时间却未能得到明确的反应。鉴于此,许多学者提出了

28、时程分析法,时程分析法又称直接动力法,在数学上又称逐步积分法。其基本思想是:把爆破振动的加速度地震波作为建筑结构的荷载输入列入建筑结构振动方程的右端,解方程得到结构的位移、速度、加速度公式,再将时间离散化,自爆破振动发生的起始状态开始,对时间逐步积分求解,从而可以看到建筑结构响应的全过程12。1.3 课题的研究内容 目前,国内外学者对于爆破振动做了大量的研究,也取得了丰硕的成果。本文将在前人对此研究的基础上重点对以下方面进行分析:(1)研究爆破振动产生的机理,振动波形成的原因,概括和总结影响爆破振动的因素。(2)研究爆破地震波的传播规律。(3)研究框架结构楼房对爆破振动的响应问题。(4)对振动

29、波的实地工程测试方法进行研究,包括测试目的、内容、方法、仪器,测点的布置、测试结果分析;(5)在前面理论、实践、模拟的基础上,研究降低爆破振动对框架结构楼房危害的措施。2爆破地震波形成的机理及其对框架结构的影响2.1 概述炸药在岩石中爆炸时会产生强烈的冲击波和应力波,邻近药包周围的岩石会产生压碎圈和破裂圈。随着传播距离的增加,逐渐衰减不再能够引起岩石的破裂而只能引起岩石质点产生弹性振动,这种振动是以弹性波的形式向外传播的,造成地面的振动,因而又称为地震波。爆破地震波虽然不能够使岩石破坏,但是它会引起岩石的强烈弹性振动,从而使爆破场地周围建筑物出现破坏甚至倒塌现象,露天边坡滑动以及地下巷道中岩石

30、裂开、冒落或倒塌,形成严重的爆破地震效应。框架结构作为当今楼房结构的主流种类,相比传统砖混结构有很多不同点,爆破振动在框架结构中的传播有别于在其他类别介质中的传播规律,本文经过查阅文献资料,在后面的介绍中表明了对这个内容的一些认识。2.2爆破地震波的形成机理 炸药在岩(土)体中爆炸时,一部分能量对炸药周围的介质引起扰动,并以波动形式向外传播。通常认为:在爆炸近区(药包半径的10至15倍),传播的是冲击波。在中区(药包半径的15-150倍)为应力波。当应力波继续向外传播,波的强度进一步衰减,其作用只能引起质点做弹性振动,而不能引起岩石破坏,这种波称为弹性波。地震波是一种弹性波,它包含在介质内部传

31、播的体波和沿地面传播的面波。 体波可分为纵波和横波。纵波是由震源向外传播的压缩波,在传播过程中能引起介质产生压缩和拉伸变形。其特点是周期短,振幅小和传播速度快。横波是由震源向外传播的剪切波,在传播过程中能引起介质质点产生剪切变形。它的特点是周期长,振幅较纵波大,传播速度仅次于纵波。通常也把纵波叫P波(即初至波),把横波叫S波(即次至波)。 面波仅限沿地面传播,它是体波在自由面多次反射叠加而成:主要包含瑞利波和勒夫波。其特点是周期长、振幅大,传播速度较体波慢,但携带的能量较大。爆破过程中造成岩石破裂的主要原因是体波的作用,而造成爆破地震破坏的主要原因是面波的作用。在短距离内,所有的三种波(P波、

32、S波、R波)几乎是一起到达,因而辨认地震波的类型是非常复杂的。而在远距离处,传播速度较慢的S波,R波开始与P波分离,就能辨认它们。在一幅完整的爆破地震波的记录图形中,一开始是一系列振幅较小,频率较高的波形,主要是纵波(P波)和横波(S波),紧接着一段是振幅较大,频率较低的波形,这是面波(R波),持续一段时间后,波形逐渐衰减13。2.3 爆破地震波的特性爆破地震波是由爆炸应力波转换而来的、在岩土介质中传播的一种能量逐渐衰减的扰动。对爆破地震波特征的认识,是研究爆破振动效应的前提和基础。爆破地震波有如下主要特征:距离爆破源较近距离的振动波形比较简单,基本上是一个脉冲,其时间长度与炸药量成线性关系;

33、振动波形随着距爆源距离的增加而越来越复杂,最大振幅出现的时间向后推移,且其频率有所减小;实验数据在按照参数来处理时,在对数坐标中可拟合成一条直线,这表明存在着相似关系。爆破地震波与天然地震波之间存在着较大的差异性,与天然地振动相比,爆破振动波的特性主要有:1)两者之间有着不同的震源机制。由于爆破作业是瞬时发生的,能量极为有限,因此爆破振动波的卓越周期明显小于天然地振动;2)具有振动幅值大、衰减快、破坏范围小的特点;3)爆破振动作用的持续时间较短,一次振动只能持续几十毫秒至几百毫秒,比天然地震(多在十几秒,几十秒甚至更长)要短得多,所以爆破地震的破坏能力远远小于天然地震;4)振动频率高。天然地振

34、动的主频大都在0.55Hz, 但爆破地振动的主频一般在5500Hz。与普通民用建筑物的自振(基振)频率相比,天然地振动的主频与它更为接近, 因此爆破振动与普通结构发生共振的可能性相对较小;5)爆破地震的破坏能力远远小于天然地震。天然地震加速度最大值超过0. 1g 时, 将会造成建筑物一定程度的损坏, 而爆破地震加速度值为1. 0g 时, 建筑物的结构才会受到轻微程度的破坏;6)爆破地震波能量远小于天然地震波,只能对周围几十米至数公里的范围产生影响,而天然地震将影响几百甚至上千公里;7)爆破地震波的波长较短,通常在几十米至几百米范围内,而天然地震的波长往往达到上千米。2.4 爆破地震波的传播规律

35、 20世纪80年代以前,人们对爆破地震的研究主要还局限在单纯的测试和总结经验上,对爆破振动效应未进行全方位的分析,基于前人的经验,广大爆破工作者通过大量的试验和回归分析以及计算机的辅助运用,得出了大量有用的结论。传播路径 当基岩面与浅眼爆源距离近时,表面积累而次生的面波弱,而边坡位移在坡顶生成的走向张性裂隙又减弱了面波的传播,因而这几年近90个边坡地震测震,均只见体波而未见面波。因此,对于近距离岩石浅眼爆破地震波,可以主要研究体波的传播,而相对忽略面波。 体波无论纵波和横波在土层内的传播速度,均比基岩内慢得多,根据折射定透射波应比入射波以更接近竖直的方向传播,因此工程中可以近似认为,体波在土层

36、中是竖直折射的川。到达地表的体波是从地表对应的岩土介面处入射的,因此基岩内体波可近似认为是从爆源沿直线入射到岩土介面,地震波传播路径见图2.1。图2.1 体波的传播路径地震波在岩土中传播的衰减岩土介质可认为是黏弹性体,地震波能量在岩土内传播是岩土介质动能与形变势能相互转化的过程。在这一过程中,内摩擦等蠕变性质及散射等作用使得原传播方向上的能量逐渐减少。岩体内的微观缺陷也以内摩擦形式消耗机械能,特别是高频情况下更显著,大量的岩体波速和衰减测试结果证实了这一事实。根据参考文献,介质的这种蠕变性质可用黏滞性来表示,地震波在线性黏弹性介质中传播的运动方程可表示为 (2-1)(纵波) (2-2)(横波)

37、通常岩石为低粘滞性戒指,在工程应用的频率范围内,纵横波的衰减系数分别有如下近似式:, (2-3), (纵波) (2-4),, (2-5), (横波) (2-6)其中a和b为纵、横波的吸收系数。由上述诸式可以看出,在低黏滞性和工程应用频率范围之内,地震波的衰减系数与岩石介质的黏滞系数成正比,与频率的平方成正比,与波速的三次方成反比,此时波速与频率无关,不发生频散。其中其中爆源震谱由爆源性质和炸药与岩石匹配性质的综合影响决定,吸收系数a和b因射线路径上岩石对不同频率地震波能量的吸收不同而异14。2.5 爆破地震对框架结构的影响在爆源附近,爆破地震效应主要以应力波形式传播。建筑物或介质受爆破应力波的

38、直接作用,但是建筑物的基振频率与地震波的主振频率有很大的差别,或者由于介质对质点的约束作用,建筑物将不会发生自由振动,因此建筑物对爆破振动的动力响应不是特别明显。这种由应力波直接作用而对建筑物产生的破坏机制称为波动机制。因为爆破振动波对建筑物的作用时间非常短,且其衰减过程很快,因此对于体积较大的框架结构楼房,这种破坏往往是局部的。在爆破工程中,这类问题一般根据建筑物或介质材料的强度理论进行安全性判断。在距爆源中远距离的地方,由于爆破地震波的主振频率相对较低,建筑物将受到整体振动作用。当爆破振动波的频率与建筑物的自振频率比较接近时,建筑物可能发生共振现象。此时建筑物的破坏主要由建筑物整体振动时动

39、力反应的放大作用引起。因此,破坏往往发生在建筑物地表以上的薄弱部位。理论研究表明,周期在0.05-2s间的振动对框架结构的影响最大。总的来说,当加速度和位移较大、振动持续时间较长,综合起来造成建筑物的主要破坏,包括框架结构丧失整体性、主要承重结构不足引起的破坏,以及地基失效等,从而导致建筑物的严重破坏15。3爆破振动的危害及预防措施3.1 爆破振动的危害爆破地震效应被公认为爆破破坏作用兰大公害之首。虽然爆破产生的地震波会随着距爆源的距离的增加而不断衰减,但由于城市人口密集,建筑相对集中,爆破地震效应对城市人、建筑、环境的影响还是不容忽视的。而且,爆破地震效应很可能会影响到爆破工程的预期效果。3

40、.1.1 爆破振动对人的危害 在城镇特别是临近住宅区进行爆破施工时,往只考虑了爆破振动对建构筑物的影响,而轻视甚至忽略了爆破振动对人的影响。人对振动是非常敏感的,有研究结果表明,大部分人能感觉低到0. 15 -0. 33的连续振动。振动对人的影响是一个复杂的问题,就全身振动而言,在一定条件下,振动可引起人的主观感觉,当振动达到一定强度时,可引起人的不良感觉,进而对人体产生较大的心理影响和生理影响,会危害人体的健康,甚至会对人产生性命威胁。过去渔民经常利用炸药炸鱼,利用的就是炸药水中爆炸时产生的水击波和振动对鱼类的伤害。不仅如此,就算按照爆破振动安全规程规定的爆破振动安全标准进行爆破作业,像矿区

41、等频繁爆破作业也会使附近居民产生逆反和疲惫心理,长期下来,也会不同程度的影响到居民的正常生活,如睡眠、学习、体息和娱乐等,会引起居民的烦恼或不安,这与社会和谐的理念是完全相悖的。3.1.2 爆破振动对建(构)筑物的危害 建构筑物受爆破振动作用后的破坏途径,可以分为以下两种。 (1)非振动破坏。非振动破坏就是指与地基状况相关的建构筑物的破坏。一定的场地条件的建构放物由于爆破振动的影响会导致地基较大的位移或失稳,如地基土液化、基础不均匀沉陷和开裂等,从而引起上部建构筑物的破坏或者加速建构筑物的破坏。(2)振动破坏。振动破坏取决于爆破振动的特性和建构筑物的抗震性能。建构)筑物受到振动的影响有大有小,

42、其表现形式自轻至重依次为墙皮剥落、墙壁龟裂、地板裂缝、基础变形或下沉和倒塌。其相应的破坏程度可分别为轻微损坏、中等损坏、严重损坏、倒塌或倒毁。3.1.3 爆破振动对环境的危害 爆破振动对环境的危害在矿山爆破中尤其是在节理、裂隙发育及破碎带较多的采矿区尤为突出。矿山生产爆破是一个反复持久的过程,爆破产生的振动载荷的冲击作用日积月累,使各种破坏效应得到不断加强和延续,在岩石内部产生近似材料的蠕变一样的损伤积累,当其超过边坡稳定的临界值时,就会发生边坡的失稳。这种不确定的失稳会对矿区实施爆破作业人员有生命威胁。另外,爆破作业区附近工厂的精密仪器、电子设备等由于爆破振动引起的内部损伤是不可恢复的。一定

43、程度的爆破振动还会造成工厂控制设备紊乱、程序报错,而造成经济损失。爆破振动还对爆破作业区附近的动物、植物等自然环境也会造成一定的危害16。3.2 爆破振动影响下框架楼房的减震措施3.2.1 楼房方面采取的措施当今建筑业发展迅速,楼房越建越高,其结构基本上采用的都是框架式。框架式楼房主要以混凝土地基混凝土柱子混凝土楼板作为受力支撑,各个受力部位都是有钢筋和砼(混凝土)相连,由钢筋混凝土浇灌成的承重梁柱组成骨架,再用空心砖或预制的加气混凝土、陶粒等轻质板材作隔墙分户装配而成。墙主要是起围护和隔离的作用,由于墙体不承重,所以可由各种轻质材料制成。优点是稳固性强,空间设置灵活,其抗震性相比于传统砖混结

44、构的要好得多。现在流行的还有一种剪力墙设计。剪力墙是用钢筋混凝土墙板来承担各类荷载引起的内力,并能有效控制结构的水平力,这种用剪力墙来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。这种设计在高层(10层及10层以上的居住建筑或高度超过24米的建筑)房屋中被广泛应用。框架结构中,还有一种框剪结构,又名框架剪力墙结构,它是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合,吸取了各自的长处,既能为建筑平面布置提供较大的使用空间,又具有良好的抗力性能。这种结构的住房有很好的抗震性。3.2.2 爆破施工方面采取的措施 为了确保周边居民和建筑物的安全,必须将爆破地震的危害严格控制在允许范围之内。通常采用的有效减震措施有以下几种

45、。 (1)限制一次爆破的最大装药量;本文中工程实例的爆破现场,就是采用两孔一起爆、少量多次的方式进行爆破,这样虽然不方便,但能把爆破振动效应降得很低。 (2)选用低威力低爆速的炸药。实践证明,炸药的波阻抗越大,爆破振动强度也越大。(3)选择适当的装药结构。装药越分散,地震效应越小。可采用如下装药结构以减小振动效应:不耦合装药;硐室条形药包;空气间隔装药;孔底留空气垫层。(4)采取预裂爆破技术,或在爆源与需要保护的建筑物之间开挖减震沟槽。单排或多排的密集空孔也可以起到一定的减震作用; (5)用适当的爆破类型。爆破地震的强度随爆破作用指数门J增大而减小。抛掷爆破与松动爆破相比,振速可降低百分之四至

46、百分之二十二,而在最小抵抗线方向最小,反向最大,两侧居中。而采取大孔距小抵抗线爆破可降低爆破地震效应; (6)用微差爆破技术减震。微差爆破是以毫秒级的时间间隔分批起爆炸药。大量的试验研究表明,在总装药量和其它爆破条件相同的情况下,微差爆破的振速比齐发爆破的振速可降低40%-60。 (7)用能获得最大松动的爆破设计。松动条件良好的炮孔爆破,比靠近自由而的炮孔爆破产生的振动较小。(8)充分利用地形地质条件,如河流、深沟、渠道、断层等,都有显著的隔震减震作用。除上述减震措施外,还应注意不同建筑物的动力响应也不同,建筑结构对其抗震性能影响很大。一般低矮建筑物的抗震性能比高大、细长的高耸建筑物要好的多17。4爆破振动的测试以及数据处理4.1 爆破振动的测试原理装药爆炸过程引起周围介质质点的振动,其主要振动物理量有质点位移、振动

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