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矿震对建筑结构疲劳累积损伤研究

李永靖  
【摘要】: 矿山开采诱发的地震(简称“矿震”)是一个严重的灾害性矿山动力现象,研究矿震对建筑结构的影响,减少和控制其损害,对国民经济建设和人民生活安全都有着重大的实际意义。目前,在结构设计方面建筑结构抗震设防都是按照天然地震烈度划分进行的,即保证在一次地震作用下建筑物达到“大震不倒、中震可修、小震不坏”的原则,但对于频繁发生的矿震作用下建筑物的安全问题,目前尚无规范可循。本论文以辽宁抚顺地区矿震为工程背景,根据抚顺市地震局提供的矿震监测资料,对频繁矿震活动规律及其对建筑结构疲劳累积损伤进行了研究,主要完成了以下工作: (1)对矿震的b值时序特征、能量蠕变曲线进行了分析,表明抚顺地区矿震的规模和强度有增大的趋势;对矿震频度—震级分布规律分析得到,抚顺地区矿震频度—震级分布服从古登堡—里克特关系式(G-R分布);通过研究矿震震中烈度的衰减关系,说明抚顺地区矿震烈度适合采用长短轴分别衰减的椭圆模型,并给出了相关系数值; (2)首次运用模糊神经网络对矿震震级进行了初步预测,建立了基于改进的模糊神经网络矿震预测模型。通过与实际监测结果相对比,取得了较好的预测效果,为矿震预测提供了新的方法; (3)采用BAQ—PI—321震动测试仪器配65型拾震器,首次应用动力检测技术开展了矿震对城市建筑结构影响程度实测。以抚顺榆林路4号住宅楼为对象,通过发生频繁矿震前后两次测得的结果,发现建筑结构自振周期增大,层间位移变大,而层间刚度、层间强度、层间应力、层间剪力都变小,表明频繁矿震作用对建筑结构的抗震能力有明显衰减的趋势; (4)对在水平低周反复荷载作用下的钢筋混凝土柱试件试验进行了分析。表明在频繁矿震作用下,钢筋混凝土框架结构柱破坏形态主要分为两种,即弯曲破坏、弯曲剪切破坏; (5)应用建筑工程疲劳累积损伤观点探讨了频繁矿震对建筑结构的疲劳累积损伤过程。从结构构件端部截面的转动刚度退化入手,建立了在频繁矿震作用下构件层次上的损伤模型;给出了频繁矿震作用下钢筋混凝土构件的损伤指标,并对其进行了标准化;运用疲劳累积损伤理论,建立了频繁矿震作用下钢筋混凝土框架结构层次上的损伤模型; (6)采用一人工设计循环荷载模拟频繁矿震荷载,首次运用ADINA有限元分析软件对钢筋混凝土框架结构的损伤演化进行了数值模拟研究,得到在循环荷载作用下各构件的损伤演化走势较为相似,即结构及构件的损伤是随着循环荷载的施加而不断增加的,结构的固有频率是随着循环荷载的施加而不断减小的,且通过数值计算可得到结构中梁构件的损伤程度大于柱构件的损伤程度,这为抗震设防提供了参考依据。


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