爆破振动激励下砖石古塔动力分析及安全性评估

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砖石古塔建筑具有极高的文物价值和可观的科研价值,而因其无筋砌体结构的特征和长年的风化及人为破坏,其结构抵抗振动能力较现代建筑物一般更显脆弱。本文以隧道爆破施工下厦河塔塔体的振动监测与控制为工程背景,采用动态测试分析系统进行现场振动激励和响应实测,包括环境振动和递增药量试爆破激励下塔体的振动响应。实测结果显示,塔身和塔基测点的最大响应幅值与单孔药量均存在正相关关系,而塔身测点的响应幅值受药量变化的影响相对较小,说明结构自身的动力特性削弱了药量水平改变引起的激励振动特性的变化对响应结果的影响;通过比对塔基及塔身振动波形的频率成分,得出塔体结构自身吸收了激励振动的高频振动,对激励波形的高频成分不敏感的结论。根据实测结果体现的爆破振动传播规律,对规范给出的衰减公式参数取值范围提出了评价和建议,并根据现行规范给出了该实例下的安全药量估计。通过建立有限元三维高仿真实体模型,对结构动力特性、重力和风作用下的内力和变形、以及环境振动、施工爆破振动激励下结构的响应进行了模拟计算,得出在单孔药量为5.6kg工况下,结构底层抗压强度不满足安全要求,但不会引发压碎破坏的安全性评估结论。同时,因分析结果显示,常时作用于塔体的环境振动引起高于爆破振动数倍的压应力幅值,提出,环境振动应作为结构开裂等现有破坏的主要因素。考虑其长时反复作用所产生的疲劳效应,建议对该塔体进行定期的塔身倾斜及裂缝发展监测,并适时进行系统的维护加固。
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