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高耸构筑物塌落振动的试验

川渝拆除17713551981

烟囱水塔等均属于高耸构筑物,为便于试验采用钢筋混凝土电线杄代替烟囱、水塔等进行模拟倒塌试验。通过大型机械设备的配合模拟烟囱的倒塌过程,同时利用振动测试设备收集振动信号,根据测试结果来研究地震波的传播及衰减规律,较好地模拟塌落地震波的传播、衰减规律。

1)试验场地

试验场地选在中国科学院力学所怀柔绿化基地内的爆破试验场。为了模拟烟囱的倾倒触地过程,使用了20t重的汽车吊,利用吊车和直径2.5cm的粗绳索将电线杆吊起,电线杆底部与地面接触,杆体与地面呈一定角度并保持稳定后,通过人力将绳索突然剪断。此时,电线杆在重力作用下沿预定方向倒塌,如图7-12所示。

图7-12模拟试验现场操作图

图7-12模拟试验现场操作图

2)试验方案

(1)试验过程中共布置了两条测线:测线1和测线2,每条测线上布设4个测点。其中测线1沿平行于模型倒塌的方向布置,并穿过区域A,各测点间距见图7-13。各测点上安放加速度传感器,通过信号传输线与TDR5.0加速度测振仪相连,用于监测L(横向)、T(纵向)、V(垂向)三个方向的振动加速度。测线2沿垂直于模型倒塌方向布置,各测点间距均为2m,在每个测点处安放速度传感器,再通过信号线与DSVM4C型速度测振仪连接,测试垂直向的振动速度。测振仪安放在远离模型倒塌区域的安全位置。烟囱模型尺度如表7-5所示。

图7-13试验场地平面示意图(尺寸单位:m)

图7-13试验场地平面示意图(尺寸单位:m)

(2)模型倒塌前,分别在模型根部、中部和顶部粘贴应变片,再通过胶线与IV3O6GM动态应变测振仪相连,测试烟囱倒塌过程中烟囱筒体各部位的应变情况。试验采用普通电阻应变片,规格为栅长×栅宽=5mm×3mm,电阻为1202。贴片时严格按正常的工序进行,即砂纸打磨一丙酮清洗一环氧树脂刮底-502胶粘贴一环氧树脂和封箱纸密封。

(3)模拟烟囱倒塌时,首先使每个模型均沿同一方向倒塌,釆集振动信号,每种模型倒塌两次,共倒塌6次。

(4)将测线2南移至测线2*的位置,使其穿过减振沟,其中1点在减振沟前,其余三点在减振沟后,每个模型倒塌两次,分别采集振动信号。

(5)分析测试数据结果,研究烟囱倾倒过程中的变形情况及塌落振动地震波的传播、衰减规律。

试验模型尺寸表 表7-5

试验模型尺寸表 表7-5

3)测试系统

(1)振速测试系统

振速测试系统主要由ZCC201C速度传感器、DSⅥM4C型振动测试仪和外接计算机三部分组成,各部分之间通过信号线相连接。实际测试时,振速测试系统与测线2相连,用于采集测线2上各测点的塌落振动速度信号。

(2)加速度测试系统

本试验所采用的加速度测试系统是由中国科学院力学研究所提供的TDR5.0遥测数据采集系统。试验过程中,TDR5.0遥测记录仪与测线1相连,用于采集测线1中各测点L(横向)、T(纵向)、V(垂向)三个方向的加速度信号,以便分析烟囱倒塌方向塌落地震波的传播及衰减规律。

TDR5.0无线遥测数据釆集系统主要包括三大部分:测量传感器和连接电缆;无线数传遥测记录仪(包括数据采集记录单片机主板和无线数传模块);PC控制处理主机及无线接口。其系统结构方框图如图7-14所示。

图7-14TDR5.0遥测系统方框图

图7-14TDR5.0遥测系统方框图

4)试验结果及分析

夲次试验使用了三种不同规格的烟囱模型,共模拟了12次烟囱倾倒触地过程,倒塌过程中进行了地面振动测试及烟囱筒体的应变监测。其中DSVM4C型测振仪及TDR5.0测振仪的测试数据,除12m电线杆有两次倒塌过程因干扰较大被剔除外,其他10组测试结果均可用。

(1)DSVM-4C型测振仪测试结果及分析

DSⅤM4C型测振仪所测结果为测线2各测点垂直方向的振速峰值、主振频率及振速波形的时程曲线。具体测试结果见表7-6、表7-7。分析测试结果,可以得出以下结论。

DSM4C型测振仪测试结果表7-6

DSM4C型测振仪测试结果表7-6

测线2各测点主振频率(单位:Hz)表7-7

测线2各测点主振频率(单位:Hz)表7-7

续上表

续上表

①由表7-6可以看出,每次模型倒塌后各测点的测试值都很好地体现了地震波的衰减特性,从通道1到通道4测试值依次降低。其次,我们发现在模型高度和测试路线一致的情况下,如8m模型2号测线(不过沟)的两次倒塌或10m模型2*测线(过沟)的两次倒塌,振速峰值大小具有很好的相似性;而模型高度一致,测试路线不一致的情况下,如同为8m模型,测线不过沟时与测线通过减振沟时的两次倒塌,振速峰值相差较大。这有两方面的原因:一方面,随着测线位置在测线2和测线2*之间变化,模型倾倒触地点距测线上各测点的距离也随之变化;另一方面,随着模型高度的变化,倾倒触地点与2号测线和2*测线各测点的位置发生变化,因而振速峰值表现出上面的规律。模型每次倒塌时,倾倒触地点距各测点的距离见表7-8。另外不难看出,随模型髙度的增加,振速峰值逐渐增加,这说明烟囱模型的倾倒触地振动速度不仅与振源中心距有关,还与塌落体质量有关。

1号测线各测点加速度峰值 表7-8

1号测线各测点加速度峰值 表7-8

续上表

续上表

②由表7-6中振速峰值所对应的时间和图7-15可以看出,随着模型高度和质量的增加,振速峰值相应增加振速峰值岀现的时刻有向后延迟的现象;另外,对于每次倒塌而言,振速峰值岀现的时间也有向后延迟的现象,即地震波的衰减速度随振源中心距的增加而降低。

③由表7-6可以看出,夲次模拟试验所测塌落振动的主频普遍低于爆破振动的主振频率,范围在17~29Hz之间,普遍集中在20Hz左右,比较接近建(构)筑物的自振频率。具体到每次塌落振动,主振频率随振源中心距的增加而增加,且随着主频率的增加,带宽减小。另外,随着距离的增加,高频部分衰减较快,低频部分衰减较慢。

图7-158m、10m、12m模型不过沟测点5振速时程曲线图

图7-158m、10m、12m模型不过沟测点5振速时程曲线图

a)8n模型;b)l0m模型;c)12m模型

(2)TDR5.0遥测记录仪测试结果及分析

TDR5.0加速度测振仪所测结果为测线1上各测点横向(L)纵向(T)、垂向(V)的加速度峰值。具体测试结果见表7-8。表79为1号测线上各测点地震波持续时间;表7-10为测线1各测点振源中心距。分析测试结果,可以得出以下结论。

①由表78可以看出,每个测点所测三个方向的振动加速度值不等,通常V方向最大,L方向其次,T方向最小。另外,我们发现,振源中心距较小的2、3测点振动加速度值普遍低于振中距较大的1、4测点,且2号测点振动加速度小于3号测点。这是因为3号测点位于区域图A内,测试前区域A经过了先挖空、后回填、再夯实的过程,介质相对较松软,因此对地震波的吸收较大,从而导致3号测点加速度值较小。2号测点位于区域A边缘,地震波在传播过程中经过区域A,然后到达测点2,因而地震波的衰减大于测点1、4,小于测点3。

1号测线上各测点地震波持续时间 表7-9

1号测线上各测点地震波持续时间 表7-9

续上表

续上表

1号测线各测点振源中心距表7-10

1号测线各测点振源中心距表7-10

②由表79可以看出,测线1各测点在不同方向的地震波持续时间存在着一定的规律性,除极少数测点外,大部分测点V方向的地震波持续时间大于L和T方向的地震波持续时间,T方向最小,L方向的地震波持续时间与V方向的地震波持续时间较接近。地面振动的持续时间主要取决于地面振动的优势频率和场地的阻尼

5)结论

(1)模型高度和测试路线一致的情况下,振速峰值大小具有很好的相似性;而模型髙度致,测试路线不一致的情况下,振速峰值相差较大。这主要是因为模型倾倒触地点与测点间距离发生变化所致。

(②)随模型高度的增加,振速峰值逐渐增加,这说明烟囱模型的倾倒触地振动速度不仅与振源中心距有关,还与塌落体质量有关。

3)随着模型高度和质量的增加,振速峰值相应增加,同时振速峰值出现的时刻有向后延迟的现象;另外,对于每次倒塌而言,振速峰值出现的时间也有向后延迟的现象,即地震波的衰减速度随振源中心距的增加而降低。

(4)本次模拟试验所测塌落振动的主频普遍低于爆破振动的主振频率,范围在17~29Hz之间,具体到每次塌落振动,主振频率随振源中心距的增加而增加,且随着主频率的增加,带宽减小、。另外,随着振源中心距的增加,高频部分衰减较快,低频部分衰减较慢

(5)由TDR5.0加速度测振仪所测结果可知,每个测点所测三个方向的振动加速度值不等,通常V方向最大,L方向其次,T方向最小。测线1各测点在不同方向的地震波持续时间存在着定的规律性,除极少数测点外,大部分测点V方向的地震波持续时间大于L和T方向的地震波持续时间,T方向最小,L方向的地震波持续时间与ⅴ方向的地震波持续时间较接近。

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