[发明专利]一种隧道近距穿越重要建筑物爆破引起振动损伤的鉴定方法

摘要

本发明公开了一种隧道近距穿越重要建筑物爆破引起振动损伤的鉴定方法，包括以下步骤：选取需监测的建筑物进行爆破振动测试，获取峰值振速和振动主频并评价其振动安全；进行OMA模态试验，识别建筑物的模态参数；建立初始有限元模型并求解其模态参数；采用模型修正方法对有限元模型进行修正；以修正后的建筑物结构有限元模型为对象，探究得出爆破振动下可能发生损伤的构件；输入实测的爆破地震波，研究爆破地震波作用下建筑物的动力响应，得出可能损伤的构件；将现场爆破振动后建筑物开裂的构件情况与数值计算中结果进行比对，如果与数值计算结果一致，则认为裂缝是由爆破振动引起。本发明构思巧妙，鉴定方法简单易行，应用环境友好，市场前景广阔。

主权项

1.一种隧道近距穿越重要建筑物爆破引起振动损伤的鉴定方法，其特征在于其具体步骤按照如下方式进行：S1、选取需要重点监测的建筑物，在建筑物上距离隧道爆破中心最近的地面上布设爆破振速监测点，并采用爆破振动仪连接三向速度传感器，测试爆破振动，读取爆破峰值振速和主振频率；S2、根据《爆破安全规程》中振速安全允许标准，进行建筑物的振动安全评价，分为以下2种情况：a：若测试建筑物的振动峰值振速小于对应频率下的安全允许振速，可以判定隧道爆破振动没有造成建筑物的损坏；b：若测试建筑物的振动峰值振速大于对应频率下的安全允许振速，不能完全判定隧道爆破振动一定造成建筑物的损坏，因为《爆破安全规程》中规定的安全允许振速一般是留有安全储备的，需要采取进一步的分析来确定：即通过建立建筑物的真实结构模型，对建筑物进行爆破振动下的动力反应及损伤特性研究，得出可能发生损伤的构件，并与现场建筑物实际损坏开裂的构件进行比对，以实现对爆破振动下建筑物的损伤鉴定；S3、对选取的建筑物进行自然环境荷载激励下的Operational Modal Analysis模态试验，采用Enhanced Frequency Domain Decomposition Method或Stochastic subspace identification Method模态识别方法识别建筑物的模态参数，包括固有频率、振型和阻尼；S4、获取建筑物的勘察设计资料，并测量建筑物以获得建筑物的外部和内部尺寸，根据测量数据建立建筑物的结构初始有限元模型，材料参数可取经验值；S5、求解结构有限元模型的模态参数，计算阶数与OMA模态试验识别出的阶数保持一致；S6、对比结构有限元模型和OMA模态试验得到的模态参数，分析相对误差、Modal Assurance Criterion值及引起误差的原因；由于建筑物的几何尺寸为现场实际测量，数据准确，而砌体和混凝土材料随着时间增长，物理、力学性质会逐渐下降，采用的材料的经验参数值很难反映真实，故需要对所测量的建筑物的砌体和混凝土材料参数进行修正；S7、采用模型修正方法，建立目标函数，通过修正材料参数、边界条件等对有限元模型进行修正，使得建立的结构有限元模型能够符合建筑物的真实特征；其中目标函数采用有限元计算频率与实测频率相对误差的平方和作为目标函数，因为其修正效率更高、修正效果更为明显，如式(1)：式中：MBHS代表目标函数，fei为试验得到的频率，fai为有限元分析得到的频率；S8、以S7修正后的建筑物结构有限元模型为对象，探究得出爆破振动下建筑物振动较为强烈可能发生损伤的局部构件，包括有阳台、填充墙、女儿墙；应力集中位置处，包括有门角、窗角；刚度突变的位置处，还包括有混凝土楼板和砖墙接触的交界面处；S9、以修正后的建筑物有限元模型为对象，输入实测的爆破地震波，研究爆破地震波作用下建筑物振动强烈的可能发生损伤的局部构件的动力响应，得出可能发生损伤的局部构件；S10、将数值计算中得出可能损伤的局部构件，与现场爆破振动后建筑物开裂的构件情况进行比对，如果与数值计算结果一致，则认为该裂缝是由爆破振动引起；反之，则认为该裂缝并非由爆破振动引起，而是由于包括地基沉降、温度应力在内的其他原因造成的房屋开裂。