近距离爆破开挖对已建拱桥受力行为的影响研究

摘要

近年来，随着爆破技术的应用越来越多的深入到工程建设领域，对于采用爆破开挖方式所引起的地面震动对周围结构的影响和危害引起了广泛的关注。而桥梁结构作为主要的基础交通设施之一，无论在平时使用、抗震救灾还是灾后重建中都发挥了极其重要的作用。因此采用爆破技术所引起的震动荷载对桥梁结构受力影响的研究也愈加迫切。
　　本文研究近距离爆破开挖对周围已建拱桥结构受力行为的影响，首先对爆破地震波的产生机理和传播、衰减规律进行理论分析，并运用ANSYS/LS-DYNA软件对不同起爆药量和起爆方式条件下的岩石爆破进行数值模拟，得到爆区内已建拱桥拱脚中心位置处的加速度时程曲线;然后通过桥梁抗震动力分析方法并运用MIDAS/Civil软件建立已有拱桥的有限元模型，分析其受力特性，分别输入霍永基爆破地震反应谱和爆破模拟得到的加速度时程曲线，进而对结构进行反应谱和时程动力分析，对比拱桥结构在不同震动荷载作用下的响应情况，得到了以下结论:
　　①不同起爆药量所引起的爆破震动对拱桥结构的动力影响不同。对比起爆药量分别为40.0kg、102.4kg和160.0kg时拱桥的动力响应得到:随着起爆药量的增加，结构的内力响应显著增加，但两者并不成线性关系。药量较小时，可忽略爆破震动对结构的影响，但当爆破药量达到一定量值，其影响不容忽视，而且还可能对结构的安全性产生严重的危害，因此在实际爆破开挖时应合理选择起爆药量。
　　②当起爆药量相同时，不同的起爆方式也会对结构产生不同的影响。相对于单点起爆，多点起爆会使结构产生了更大的位移、弯矩以及等效应力，但是药量较小时，其影响程度小，增加起爆药量会使其影响增大，但增长幅度不明显。
　　③其他条件相同时，爆心距的增加使得爆破地震效应对结构的影响逐渐减小，在起爆药量为102.4kg的情况下，通过分析不同爆心距条件下拱桥结构的内力响应得到其爆破安全距离为50m，因此在爆破工程中应根据工程实际情况寻求合理的安全距离，为爆破设计提供参考依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 选题的现实价值

1．3 国内外研究现状

1．4 本论文研究的内容、方法等

1．4．1 研究思路

1．4．2 研究内容

1．4．3 研究方法和实施方案

第二章 爆破震动效应数值分析

2．1 引言

2．2 爆破地震理论研究

2．2．1 形成、种类和特点

2．2．2 基本参数

2．2．3 传播及衰减规律

2．3 影响爆破地震波效应的因素

2．4 爆破地震与天然地震的区别

2．5 爆破地震动评价方法和安全判据

2．5．1 爆破地震震级和烈度

2．5．2 爆破振动安全允许标准

2．5．3 爆破地震安全距离

2．6 爆破开挖数值模拟

2．6．1 ANSYS／LS-DYNA简介

2．6．2 LS-DYNA软件对爆炸问题的数值模拟

2．6．3 工程情况

2．6．4 数值模拟

2．6．5 计算结果与分析

2．7 本章小结

第三章 爆破地震波作用下结构力响应研究

3．1 引言

3．2 结构动力响应分析理论

3．2．1 单自由度体系的动力响应

3．2．2 多自由度体系的地震反应

3．3 桥梁震动分析理论及方法

3．3．1 静力法

3．3．2 反应谱法

3．3．3 动力理论阶段

3．4 本章小结

第四章 爆破震动荷载下拱桥的动力响应

4．1 引言

4．2 拱桥受力特点

4．2．1 拱桥概述

4．2．2 拱桥受力特性

4．3 工程简介及模型建立

4．4 拱桥结构动力响应数值模拟

4．4．1 拱桥内力分析

4．4．2 拱桥自振特性分析

4．4．3 拱桥反应谱计算

4．4．4 拱桥加速度时程计算

4．4．5 拱桥动力响应分析

4．5 本章小结

第五章 爆破开挖的安全距离

5．1 引言

5．2 爆破数值模拟

5．2．1 岩体爆破模型

5．2．2 爆破震动结果与分析

5．3 爆破开挖安全距离分析

5．3．1 爆心距对拱桥爆破地震效应的影响分析

5．3．2 爆破振动安全允许距离

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 不足与展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果