建筑结构地震倒塌过程模拟与瓦砾堆积分布研究

为研究建筑结构在地震作用下发生倒塌后形成瓦砾堆积的分布及建筑结构倒塌影响范围,以3层砌体结构为例,基于显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,根据材料的本构关系及破坏准则,合理选择材料模型及单元类型,建立仿真计算模型;通过施加强震作用计算,模拟砌体结构在地震作用下的倒塌过程;通过定量计算,得到结构倒塌后形成的瓦砾堆积分布形态,统计震后瓦砾的影响范围,将统计结果与理论计算进行对比分析。结果表明,针对具体结构的倒塌模式,数值模拟结果与理论计算结果有差别;但是,用数值模拟方法可以准确模拟建筑结构在强震作用下的倒塌过程及倒塌模式,并且能够统计研究震后瓦砾堆积的分布及影响范围。     

基于能力谱的建筑物震害评估及城市抗震规划

为减轻地震建筑物破坏带来的人员伤亡和经济损失,根据能力谱方法计算7度和8度地震影响下建筑物的破坏状态,在此基础上进行城市抗震规划。首先把城市建筑物分成钢筋混凝土、砌体、钢框架及木结构4类;然后利用能力谱方法得到建筑物各种损坏状态的概率及震害指数;最后提出抗震规划措施,在GIS环境下可视化表达建筑物震害分级图。结果表明,中层小于低层和高层建筑物的震害指数;对低层和中层建筑物,钢筋混凝土的抗震能力较强。7度地震时,未设防和低设防建筑物的震害指数在0.5和1.0之间,轻微破坏;部分中等设防和高设防建筑物的震害指数小于0.5,基本完好。8度地震时,4类建筑物的震害指数在0.5～1.0之间,轻微破坏。进行城市抗震规划后,建筑物受7度地震影响时基本完好,受8度地震影响时轻微破坏。     

基于能力谱的地震建筑破坏造成人员伤亡评估

为准确计算地震导致的人员伤亡数量,提高灾后应急保障及救援效率,根据能力谱方法计算建筑物的损坏程度,在此基础上计算相应人员伤亡数量。采用SELENA软件中能力谱方法的计算公式,利用Matlab软件编程得到建筑物破坏及人员伤亡计算程序,计算8度地震条件下建筑物不同破坏状态的概率。根据HAZUS软件中建筑物破坏和人员伤亡关系,计算地震发生在02∶00,14∶00和17∶00时不同伤亡等级的伤亡人数。计算结果表明,多数伤者为轻伤,只需基本药物及简单治疗;地震导致的钢筋混凝土建筑破坏是造成人员伤亡的主要原因;能力谱方法可为震后物质配置及震前防灾规划提供决策支持。     

库岸公路岩石边坡极限破坏角研究

为了准确评价库岸公路岩石边坡的稳定性,合理指导工程施工,保证开挖边坡安全,考虑发生连续降雨、洪水等引起库水位抬高后,库岸公路岩石边坡滑动面处于饱水状态时的滑动面渗水压力,建立了渗压效应下岩石边坡的滑动简化模型。然后进行边坡上力的分析推导,得出边坡的坡高、坡角和极限破坏角之间的关系式,并对关系式进行求解,得出库岸公路岩石边坡极限破坏角公式。最后利用该公式对安康至陕川界高速公路沿线典型边坡计算并进行回归分析,得出沿线边坡坡高和坡角之间的关系式和极限破坏角公式。计算结果与实际相符。     

爆破振动对地表残余变形及建筑物影响研究——以云盖山煤矿二矿为例

为研究爆破振动对老采空区上方地表残余变形及建筑物的影响,以云盖山煤矿二矿猴车巷掘进爆破为例,采用经验公式计算爆破安全允许距离,并建立ANSYS-LS-DYNA数值模型。引入爆破振动下残余下沉系数概念。用概率积分法,分析地表残余变形。结果表明,爆破安全允许距离的经验公式计算结果与数值模拟结果基本吻合。猴车巷的爆破活动影响了老采空区的稳定性,使地表残余变形加速。     

地震荷载下镂空高层建筑坍塌形式及时间分析

为研究镂空建筑在不同峰值加速度的地震荷载影响下产生的坍塌破坏,分析坍塌破坏形式和经历时间,基于颗粒流理论构建模型并实施模拟。所研究建筑结构形式为两栋具有核心筒建筑组成的镂空构造,上部有连桥相连。地震荷载是峰值加速度a分别为0.2g、0.3g和0.4g的正弦波,作用时间为9 s。对该建筑施加上述3种地震荷载,模拟分析坍塌形式和历经时间。结果表明,a=0.2g时,建筑开始坐塌、倾斜及连桥破坏的时间接近,整个坍塌过程经历时间最长。相比之下a=0.3g,a=0.4g时,坐塌要快得多、倾倒和连桥破坏延迟。比较a=0.3g和a=0.4g,后者的连桥破坏、倾斜和坐塌经历时间明显小于前者。因此峰值加速度的线性增加,不一定导致各参量时间同向线性变化,这可能是建筑结构形式造成的。     

采用粘滞阻尼器对曲线型框架结构附加阻尼比计算研究

在对曲线型框架结构进行减震设计时,由于曲线型框架结构会因为受力不均,某些构件会在地震作用下产生较大的破坏.基于云南地震高烈度区某曲线型框架结构附加粘滞阻尼器进行减震设计,借助于有限元分析软件SAP2000进行多遇、罕遇地震作用分析计算.计算结果表明:附加粘滞阻尼器后,多遇地震作用下楼层基底剪力能降低15％ ～25％左右...     

频繁矿震下临近建筑物结构疲劳损伤及安全选址研究*

为科学规划并有效利用矿区及周边土地资源,以某铁矿爆破作业及临近拟建设项目为研究对象,现场开展振动监测并结合修正后的撒道夫斯基公式得出振动速度等参数;针对单次爆破振动情形,依据不同类型建筑物在寿命周期内可正常使用对应的振动速度,得出爆破振动安全允许距离;针对频繁爆破振动情形,采用ANSYS有限元建模分析频繁爆破振动下建筑物的力学响应。结果表明:单次爆破振动对建筑物影响较小,仅对精密科研设备的正常使用造成一定影响,长期爆破微振动会使结构出现“软化”趋势和疲劳损伤,当振动次数超过20 000次时（每天振动2次,约27 a）,建筑结构压应力已超过破坏极限应力,从而预测建筑物使用寿命未达到设计年限要求;建议拟规划建设项目的选址距离振动源200 m以上（一般居住或办公用途）或1 km以上（精密仪器设备等用途）。     

混合质量阻尼器(HMD)抗震控制研究

建筑物的倒塌是地震造成破坏的主要形式之一 ,它导致大量的人员和财产损失。不断改进建筑物的抗震设计方法是传统的抗震减灾措施。随着结构振动控制领域的不断发展 ,它为建筑抗震减灾提供了一个新的途径。根据建筑结构抗震设计“三水准”的设防准则 ,混合质量阻尼器 (HybridMassDamper ,HMD)被应用于建筑抗震减灾中 ,对于发生频度较高的低烈度地震 ,主要通过调谐质量阻尼器 (TunedMassDamper ,TMD)控制结构的振动 ;而当发生烈度较高的地震或TMD不能满足控制目标要求时 ,启动作动器施加主动控制力 ,用主动控制力驱动TMD的附加质量块 ,提供给主结构更大的控制力 ,把TMD转化为主动质量阻尼器 (ActiveMassDemper ,AMD) ,取得预期的控制效果。理论分析和仿真计算表明 ,HMD适用地震激励的范围广 ,控制效果显著     

非随机过程的地震激励下埋地压力管道的非概率可靠性分析

在地震工程中,利用传统的随机过程模型来建立动态不确定荷载的随机过程模型,需要大量的时间历程实验样本。基于地震记录因受成本或实际因素限制导致的样本贫乏,且传统的随机过程的求解计算量巨大,提出了以非概率的集合理论凸方法为理论基础的非随机过程,以解决实际工程对地震荷载随机过程函数分布形式的灵敏问题;针对实际地震荷载的非平稳性随机性特征,结合区间模型和强度包络函数,建立了区间非平稳地震荷载模型;根据地面运动的时域非平稳特征,结合非随机过程振动理论,推导了埋地管道的动力响应;为了求解出的埋地管道在内压作用下的管道强度,采用了von-Mises第四强度理论,建立了非随机过程地震荷载下的埋地压力管道动力响应式;根据理论分析出的简化公式,结合非概率可靠性理论,针对某成品油管道进行了非概率可靠性实例分析。研究结果表明:在小样本情况下,利用凸模型理论可处理荷载的时变不确定性,可进行结构的非概率可靠性分析;这对只有小样本的实际工程的抗震可靠性分析具有指导作用,对建立地震激励下的结构的响应设计体系研究具有积极意义。     

爆破安全问答(十二)

113.什么叫爆破安全距离答:所谓爆破安全距离,是指爆破时由爆炸中心到能保证人身安全和建筑物、构筑物免遭破坏所需的最小距离。实际上爆破安全距离是指爆破时免遭冲击波危害、地震波破坏、飞石击伤和毒气危害的安全距离。爆破作业时,正确确定爆破安全距离,是防止有害效应扩大、防止事故造成损失的重要措施。如果安全距离不当,往往会造成重大事故。例如,西南某处大爆破时,没有认真考虑、计算地震波的安全距离,致使国家铁路     

天然气钻井井口安全距离研究分析

分析天然气钻井井场可能发生的事故类型及事故的破坏程度,选择适合的事故后果模型,对天然气井井喷失控后可能发生的蒸气云爆炸及硫化氢扩散的后果进行量化分析,根据超压-冲量准则、热剂量准则和硫化氢扩散行为规律,计算出爆炸波、爆炸火球及硫化氢扩散的危害范围。笔者建立了天然气钻井井口安全距离的计算模型,并提出一种确定安全距离的方法。通过计算给出不同无阻流量、不同硫化氢体积含量的20种条件下的天然气钻井井口安全距离,并应用该模型对某含硫气井井口安全距离进行了计算。实例表明,该方法具备实用性,值得在天然气井选址规划中推广和使用。     

池火辐射强度计算模型的适用性分析

高温烟气颗粒、二氧化碳和水蒸气是烃类池火中火焰热辐射的主要来源,而点源模型、Shokri Beyler模型和Mudan模型是计算池火辐射最常用的方法。采用这3种模型计算了直径为2 m的乙醇池火的火焰特性,得出了目标位置接受辐射强度和与池火中心距离之间的关系。根据乙醇池火试验的光谱辐射强度,以及通过简化处理计算得到的火焰周围大气环境的衰减系数,采用辐射传热理论计算目标位置处的辐射强度。将不同模型的计算结果与基于试验数据的计算结果对比发现:当热辐射强度小于1.5 k W/m2时,点源模型计算结果比较准确;当热辐射强度大于4.5 k W/m2时,Shokri Beyler模型的计算结果比较合理。在工业火灾的实际应用中,计算辐射对人员的伤害可选用点源模型与Mudan模型;计算辐射对周围建筑物的破坏可选用Shokri Beyler模型。     

管道压力对天然气射流火热辐射灾害的影响

天然气管道时常受到破坏,并诱发巨大的射流火焰,可能引燃周围建构物体。系统地分析了管道压力对天然气射流火热辐射灾害的影响,以建立天然气射流火热辐射灾害的系统定量分析方法。基于压力管道小孔泄漏模型和权重-多点源热辐射计算模型,建立了目标物体最大入射热辐射通量、管道压力和目标物与泄漏小孔水平距离的定量关系式。进而选定10 k W/m~2和31.5 k W/m~2作为城镇建筑物遭受引燃和机械破坏的热辐射通量阈值,得到了不同管道压力下天然气射流火热辐射灾害范围。计算结果表明,GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》依据管道压力所规定的燃气管道与建筑物的安全间距不能完全满足天然气管道破坏时射流火焰的安全要求,与某武汉天然气管道射流火事故后果一致。     

高速铁路地基膨胀泥岩变形试验及计算研究*

为研究某高铁地基膨胀泥岩在含水率和上覆荷载共同作用下的膨胀变形规律,通过室内试验和理论推导,分析地基膨胀泥岩的膨胀量随时间增长及含水率增加的变化规律。结果表明:无荷载地基膨胀泥岩的膨胀量随时间增加呈阶梯式持续增长趋势;有荷载地基膨胀泥岩的膨胀量在上覆荷载作用初期减小,然后随时间增加呈阶梯式增长趋势,膨胀变形结束时间约为45 h。含水率对该地基膨胀泥岩的膨胀变形影响较大,在无荷载试验中膨胀量随含水率的增加而增加;对于有荷载试验,膨胀量随含水率的增加多呈先减小后增大的趋势,地基膨胀泥岩对应含水率为23%~25%时膨胀变形稳定。从力学理论出发,利用弹性力学中的物理方程并引入膨胀率,推导地基膨胀泥岩在含水率和上覆荷载共同作用下及无上覆荷载时的膨胀量计算公式,发现含水率大于7%时,公式计算结果与试验结果最大相对误差为14.87%,可为实际工程提供理论支撑。     

框架剪力墙结构抗震动力性能与抗侧向倒塌能力研究

为了探讨框架剪力墙结构的抗震动力性能和抗倒塌能力,针对一典型的20层钢筋混凝土框架剪力墙结构展开研究。首先,利用静力弹塑性方法对结构进行推覆分析,得到多遇、设防、罕遇地震下的性能点处相关参数;然后,选定合适的地震动记录和损伤指标,利用增量动力分析方法研究结构的地震反应和抗倒塌能力。结果表明:在小震和大震作用下,结构的层间位移角均满足规范限值要求,Collapse塑性铰主要出现在结构底层,可以实现大震不倒;随着楼层的增加,结构的层间剪力逐渐减小,有个别地震动记录在15层左右剪力会突然增大;结构50%倒塌概率对应的地震加速度为2.41 g,说明该结构的抗倒塌能力较强。     

黄磷储罐火灾临界安全距离理论分析与数值模拟

基于建筑防火隔离带的设计理念,研究了黄磷储罐临界安全距离的计算方法,将黄磷储罐火灾简化为罐内池火模型,通过理论计算和数值模拟黄磷储罐火灾周边热辐射分布,根据目标可燃物接受到的临界辐射通量是否大于或等于10 kW/m2来确定临界安全距离。研究表明：临界安全距离可通过火焰对目标可燃物接受到的临界辐射通量求得,且理论计算和数值模拟计算获得的临界安全距离基本一致。对于黄磷储罐火灾的防治具有一定的参考价值。     

基于地震动参数的大型储罐潜在危险性评估方法研究

建设项目安全条件分析中有关自然条件影响分析内容通常采取定性方法加以研究。以地震对大型储罐造成的潜在危险性评估为研究对象,从地震动作用下储罐结构动力响应及破坏特征入手,详细介绍了美国联邦应急管理署(FEMA)开发的HAZUS-MH中的震害危险评估框架及理论模型。重点阐述了地震反应谱、承灾体脆弱性曲线、能力曲线以及需求曲线在危险性评估过程的应用及参数设定。以某大型低温液化气储罐为例,定量计算了地震潜在破坏程度及概率,借此说明该震害危险性评估框架和方法对我国安全评价工作的借鉴意义。     

建筑物走廊型通道中火灾烟气流动特性的研究

应用网络模型方法,将建筑物走廊型通道合理地划分为多个节点,在火源为10kg木材的情况下,利用已开发成功的烟流性状预测软件对四川消防科研所的一座实体建筑物进行了模拟计算,获得了各节点烟流性状的发展变化规律。经比较,模型计算结果与实验数据十分符合。证明走廊型通道的多节点划分方法正确、预测软件实用可靠。根据烟气侵入走道中两节点的时间差及两节点间距,提出了烟气弥漫速度的计算方法。该算法与实测结果间的相对误差小于3%,实例应用及研究的成果,为建筑物火灾时安全疏散动态模拟研究提供了理论依据。     

露天沿山坡向下爆破安全距离简明计算

根据1977年8月冶金工业部重新修订后颁发的《冶金矿山爆破和炸药生产安全暂行规程》笫65条,露天爆破时人员与爆破地点的安全距离(R),不小于下列的规定(表一)。本文结合表1所列适用于平坦地段爆破的R值推导一个简明的公式,计算出不同爆破方法和山坡地形时的最小安全距离,并把计算结果列成表,以利在实际工作时应用。