采空区处置后建筑结构地震响应数值研究
本文关键词:采空区处置后建筑结构地震响应数值研究
【摘要】:过去我国城镇化发展较快,由于土地利用的原因许多矿区城镇建筑结构建在采空区处置后的地基上,但是并没有很好地考虑地震等地质灾害的影响;特别是在人口集中的矿区,一旦发生地震等地质灾害,损失不可估量。因此开展采空区处置后建筑结构地震响应的数值分析研究,对矿区安全地、经济地防灾救灾,具有重要的经济和社会意义。本文在对不同建筑结构类型的特点、性能进行分析比较的基础上,对具有典型意义的研究点——采空区处置后馨安家园小区5号楼,利用LS-DYNA有限元动力学分析软件进行了数值分析研究。同时,进一步研究了采空区处置前对地震的响应情况。获得的主要成果如下:(1)应力主要集中在房柱与楼板连接处,角点处最大,从上层到下层,依次增大,即底层柱体应力值最大。(2)不同地震峰值加速度和不同加载方向下,建筑物柱底的最大有效应力规律:当地震峰值加速度增大时,研究点的有效应力有增大的趋势;对比同一峰值加速度不同方向加载的情况下的有效应力可知:z方向、x方向、xz45°方向的有效应力逐渐增大,表明xz45°方向加载的地震波对建筑物的影响最大;长边中柱的有效应力整体上大于短边中柱的应力,其受地震荷载大小和方向变化的影响也更大一些。(3)矿区高层建筑物下部一般采用C35或C40的混凝土,其轴心抗压强度为23.4~26.8MPa。所以,对于地震峰值加速度为0.30g时,数值分析所得出的最大有效应力在25.3~29.2MPa,此时认为,房屋已经处于临界或破坏状态。(4)不同地震峰值加速度和不同加载方向下,建筑物基础中心点、角点处竖向位移大小的规律:当地震峰值加速度增大时,研究点的竖向位移有增大的趋势;在相同的地震峰值加速度情况下,基础中心点的竖向位移要比角点处位移小;而且不同方向加载的情况下,竖向位移表现为:x方向、xz45°方向、z方向逐渐增大,说明z方向的地震波对建筑物地基基础的沉降影响最大。(5)采空区对地震荷载的响应规律:不同峰值加速度情况下,采空区对地震荷载的响应随着荷载的增加而增大;采空区处理前地震荷载对其y方向的有效应力和有效应变的响应较大,地震荷载对x、z方向应力的影响程度小于y方向;地震荷载对采空区位移的影响相对较小。
【关键词】:建筑结构 抗震分析 LS-DYNA 采空区
【学位授予单位】:中国地质大学(北京)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:P315.9;TU352.11
【目录】:
- 摘要4-5
- Abstract5-9
- 第1章 绪论9-15
- 1.1 研究意义9
- 1.2 建筑结构抗震设计理论及数值分析研究现状9-12
- 1.2.1 近现代抗震设计理论体系的发展9-11
- 1.2.2 建筑结构地震响应数值分析研究现状11-12
- 1.3 主要研究内容与技术路线12-15
- 1.3.1 研究内容12-13
- 1.3.2 技术路线13-15
- 第2章 地震对建筑结构的破坏作用15-22
- 2.1 建筑结构的分类及特点15-16
- 2.2 地震对建筑结构的破坏作用16-22
- 第3章 阳泉市矿区建筑结构特点22-37
- 3.1 阳泉市矿区地质条件22-27
- 3.1.1 自然地理22
- 3.1.2 地层岩性与煤层采空区22-24
- 3.1.3 地质构造与区域稳定性24-25
- 3.1.4 水文地质与工程地质特征25-27
- 3.2 阳泉市矿区建筑结构特点27-37
- 3.2.1 赛鱼街道30-31
- 3.2.2 平潭街道31-32
- 3.2.3 沙坪街道32-33
- 3.2.4 蔡洼街道33-34
- 3.2.5 桥头街道34
- 3.2.6 矿区建筑结构特点34-35
- 3.2.7 房屋评价和维修建议35-37
- 第4章 矿区典型研究点数值模型分析37-68
- 4.1 LS-DYNA软件概况37-38
- 4.2 LS-DYNA动力学分析理论38-44
- 4.2.1 弹性小变形动力学基本方程38-39
- 4.2.2 弹性动力学数值计算方法39-40
- 4.2.3 弹性动力学有限元的基本解法40-44
- 4.2.4 时间步长的控制44
- 4.3 典型研究点模型的建立44-51
- 4.3.1 典型研究点的选择与模型的建立45-51
- 4.3.2 数值分析工况设置51
- 4.4 采空区处置后建筑结构的动力学响应51-64
- 4.4.1 建筑结构整体的响应51-58
- 4.4.2 建筑结构边柱的地震响应58-59
- 4.4.3 建筑结构地基基础的响应59-64
- 4.4.4 小结64
- 4.5 采空区处置前的地震响应64-68
- 4.5.1 位移时程响应64-65
- 4.5.2 应力时程响应65-67
- 4.5.3 有效应变时程响应67
- 4.5.4 小结67-68
- 第5章 研究结论68-70
- 致谢70-71
- 参考文献71-73
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本文编号:1006399
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