李 秀

（武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430074）

隨著國民經(jīng)濟飛速發(fā)展，建筑施工技術(shù)日新月異，爆破法作為最具競爭力的、最經(jīng)濟合理的施工方法，應(yīng)用于各類高層建筑的巖石地基開挖、地下結(jié)構(gòu)的建設(shè)以及各種拆除工程中。但是，爆破施工在法帶來高經(jīng)濟效益的同時對環(huán)境的影響日顯突出，這種影響效應(yīng)必須得到有效地控制，否則有可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不同程度的損傷，從而帶來安全隱患。

1 爆破震動激勵

由于爆破地震波本身的瞬時性、復(fù)雜性導(dǎo)致目前爆破振動信號處理技術(shù)不太成熟?！坝捎诒频卣鸩ū旧淼乃矔r性、復(fù)雜性以及爆破介質(zhì)和賦存條件的多變性，導(dǎo)致爆破震動的隨機性很大。因此，時至今日，即使是爆破地震波的傳播規(guī)律這樣簡單而又復(fù)雜的問題亦尚未得到完整的認識，爆破震動效應(yīng)及其危害控制的研究任重而道遠。特別是爆破震動災(zāi)害控制研究所面臨的形勢仍很嚴峻，許多問題有待解決和完善?！保?]曹建良因此，本文采用某爆破公司實測爆破震動波。實際工況為拆除某10層樓房，6個響序，最大單響藥量30Kg。

2 大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)有很多種結(jié)構(gòu)形式，常見主要結(jié)構(gòu)形式包括平面結(jié)構(gòu)體系和空間結(jié)構(gòu)體系兩大類。平面結(jié)構(gòu)體系包括梁式結(jié)構(gòu)、平面剛架和拱式結(jié)構(gòu)。常見的空間結(jié)構(gòu)體系有平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、斜拉結(jié)構(gòu)、張拉結(jié)構(gòu)等。城市中的大型公用建筑通常采用平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)或者網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，如光谷體育館，鳥巢等。按照現(xiàn)行《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》的規(guī)定，跨度30米以下的為小跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，30～60米為中跨度，大跨度為90米以上。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的外荷載按靜力等效原則作用在節(jié)點上，所有節(jié)點均假定為鉸接形式。采用3d3s軟件建立大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)空間模型，導(dǎo)入midasgen轉(zhuǎn)化后使用midasfea進行有限元分析。采用空間桿系有限元法。以桿件為基本單元，節(jié)點位移為未知量。

3 大跨度結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)的協(xié)同工作體系

另一方面，地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的概念是由G.Gmeyerhof于1947年首先提出，地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)共同作用，主要是把上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、地基三者作為一個整體考慮，并且三者之間滿足靜力平衡和變形協(xié)調(diào)，從而達到安全、經(jīng)濟的設(shè)計目的。 “目前，對共同作用的解決方法有：整體分析法，等代法，子結(jié)構(gòu)分析方法等。迄今國內(nèi)外學(xué)者為此作出了大量的分析和研究，并做了相關(guān)的實驗和測試工作，但始終未能形成一套完整的理論和計算模式。有些國家已經(jīng)將共同作用的內(nèi)容列入相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范中，我國抗震規(guī)范GBJ11-8s僅從概念設(shè)計加以控制，在第4.2.6條規(guī)定“一般情況下可不考慮地基與結(jié)構(gòu)相互作用的影響，但建造于、1V類場地土，采用箱基和剛性較好的筏基的鋼筋混凝土高層建筑，若考慮地基與結(jié)構(gòu)相互作用的影響，按剛性地基假定分析的水平地震作用，可根據(jù)結(jié)構(gòu)和場地的不同，折減10% -20%，其層間變形可按折減后的樓層剪力計算［2]。”

土的本構(gòu)關(guān)系也即土體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。其與土體本身的物理化學(xué)性質(zhì)等因素有關(guān)系。目前已經(jīng)提出了各種不同的本構(gòu)關(guān)系建議，土的本構(gòu)模型已達數(shù)百種。大體可分為以下幾類：1）土的彈性模型，2）土的彈塑性模型，3）土的粘彈塑性模型，4）土的內(nèi)時塑性模型，5）土的損傷模型。

研究大跨度屋蓋—支承結(jié)構(gòu)—土體相互作用問題、揭示樁—土—網(wǎng)殼屋蓋結(jié)構(gòu)震動過程中的相互作用機理，是目前大跨度鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論研究的熱點課題之一。

4 工程概況

某展覽館，屋蓋采用平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，平面尺寸為32.4*19.8，本工程設(shè)計使用年限50年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級。采用正方四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格采用3.6m*3.3m，網(wǎng)架高度3.3米，網(wǎng)架下弦桿離地面高度為18米，網(wǎng)架采用下弦支撐。結(jié)構(gòu)分析參數(shù)如下：1）材料，所有鋼管及支座節(jié)點板均采用Q235鋼。2）設(shè)計強度，采用Q235B鋼材，設(shè)計強度f=215N/mm2；容許長細比：受壓，受拉。

5 本文的主要研究工作

本文主要研究爆破地震波作用下大跨度鋼結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)協(xié)同工作體系的內(nèi)力和位移情況進行了分析和比較。

1）系統(tǒng)地研究了結(jié)構(gòu)對爆破震動響應(yīng)的動力分析方法，包括爆破震動非一致激勵下結(jié)構(gòu)對爆破震動響應(yīng)的模態(tài)計算方法。2）建立了大跨度鋼結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)協(xié)同工作的爆破震動體系，并探索了該體系中不同桿件，節(jié)點的本構(gòu)關(guān)系模型、力學(xué)模型。3）最后本文運用非線性有限元方法，對爆破地震波輸入大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)協(xié)同工作體系進行非線性時程分析，重點分析大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不同位置結(jié)點的內(nèi)力和位移特點，并與相同條件下底部剛結(jié)大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相應(yīng)的內(nèi)力和位移作比較，總結(jié)考慮協(xié)同工作的大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系在分析爆破地震波對大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的作用中的優(yōu)勢。