爆炸沖擊隔震系統(tǒng)破壞模式的實(shí)驗(yàn)研究

大量試驗(yàn)表明，在爆炸塔進(jìn)行爆炸試驗(yàn)時(shí)，即使爆炸塔沒有受到破壞，爆炸的強(qiáng)震會影響建筑物內(nèi)部設(shè)備的精度，損壞建筑物的設(shè)備。因此，有必要采取適當(dāng)?shù)恼駝哟胧┻M(jìn)行振動試驗(yàn)。在防護(hù)工程中常用的隔震材料、隔震元件有多種,其中鋼絲繩隔震器在整個(gè)變形過程中將產(chǎn)生滑動摩擦,消耗大量能量,具有較高等效阻尼比。并且鋼絲繩隔震器在較大變形范圍內(nèi)表現(xiàn)出非線性軟化特性,剛度隨變形增加而降低,隔振率提高。此外,鋼絲繩隔震器還具有良好的寬頻隔振性能,比較適合爆炸沖擊振動環(huán)境隔震的應(yīng)用。首先設(shè)計(jì)了由鼓形鋼絲繩隔震器組成的爆炸沖擊隔震系統(tǒng),然后對其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。1振動測量系統(tǒng)本實(shí)驗(yàn)裝置包括沖擊隔震系統(tǒng)、振動測量系統(tǒng)和爆炸加載裝置。沖擊減振系統(tǒng)由混凝土基礎(chǔ)、鼓形鋼絲繩隔震器、上下聯(lián)板和配重鋼板組成,如圖1所示。振動測量系統(tǒng)是由四川拓普數(shù)字設(shè)備有限公司生產(chǎn)的UBOX20016便攜式數(shù)據(jù)采集設(shè)備組成。傳感器采用垂直速度傳感器和水平速度傳感器各兩個(gè)。4個(gè)傳感器均布置在離爆心水平距離20m遠(yuǎn)的一塊小水泥墩上,如圖2所示。爆炸加載采用柱形裸炸藥。第一發(fā)和第三發(fā)實(shí)驗(yàn)的炸藥量均為0.99kg,第二發(fā)和第四發(fā)的炸藥量均為3.52kg。其中前兩發(fā)實(shí)驗(yàn)有隔震系統(tǒng),后兩發(fā)沒有隔震系統(tǒng)。炸藥的中心距水泥基礎(chǔ)高度均為0.8m。2結(jié)果分析2.1配重鋼板的變形第一發(fā)實(shí)驗(yàn)完成后,隔震系統(tǒng)各部分完好無損;增加炸藥量后的第二發(fā)實(shí)驗(yàn)完成后,隔震系統(tǒng)的配重鋼板均發(fā)生不同程度的塑性變形向下凹,深度約10mm;5個(gè)鋼絲繩隔震器中位于中間的發(fā)生破壞,其余4個(gè)亦有不同程度的變形,見圖3;根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,中間的鋼絲繩隔震器破壞模式為拉伸破壞。2.2抗疲勞效果分析爆炸振動特性可用幅值、頻譜和持時(shí)三個(gè)要素來描述。通過對有無隔震系統(tǒng)的三要素做對比,就可以得到爆炸沖擊隔震系統(tǒng)效果的定量認(rèn)識。2.2.1振動在相同炸藥量下的最大峰現(xiàn)行爆炸安全規(guī)程是用質(zhì)點(diǎn)振動速度表示地振動強(qiáng)度的。表1給出了四發(fā)試驗(yàn)的振動速度峰值。每個(gè)方向監(jiān)測兩個(gè)點(diǎn),表1中所取數(shù)據(jù)為兩個(gè)點(diǎn)的平均值。比較表1中的數(shù)據(jù)可得到:無論是垂直方向還是水平方向,相同炸藥量下有隔震系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的速度峰峰值均小于無隔震系統(tǒng)的速度峰峰值;隨著加載藥量的增加,隔震效果趨于顯著;水平方向的振動峰峰值比垂直方向的峰峰值大2倍左右,隔震系統(tǒng)對這兩個(gè)方向的減振效果相當(dāng)。a:表示有隔震系統(tǒng)。2.2.2振動頻率的影響圖4是第一發(fā)實(shí)驗(yàn)得到的垂直方向和水平方向的波形圖。從圖可以得到,垂直方向的振動頻率高而水平方向的振動幅度大。其振動持續(xù)時(shí)間相近,在大約0.5s后振動趨于停止。在爆炸地振效應(yīng)研究中,比較成熟的方法是基于快速Fourier變換(FFT)的頻譜分析技術(shù)。將第一發(fā)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行快速傅里葉變換,從時(shí)域轉(zhuǎn)化到頻域?qū)ζ溥M(jìn)行分析。圖5是第一發(fā)實(shí)驗(yàn)垂直振動和水平振動的幅度譜。從圖5可以看到,無論是垂直振動還是水平振動,其主頻都在100Hz以內(nèi);垂直振動有兩個(gè)主頻區(qū),分別在20～45Hz之間和55～75Hz之間,并且這兩部分頻率能量分布相當(dāng),而水平振動主頻集中于30Hz左右,呈單峰結(jié)構(gòu),說明振動能量主要集中于此頻區(qū),水平振動主要是由低頻引起,而垂直振動則有兩個(gè)主頻率區(qū)。為了比較隔震系統(tǒng)對振動頻率的影響,分別做出第一發(fā)實(shí)驗(yàn)和第三發(fā)實(shí)驗(yàn)垂直方向和水平方向的FFT幅度譜進(jìn)行比較。圖6是垂直振動的幅度譜,圖7是水平振動的幅度譜。無論是垂直方向還是水平方向減振系統(tǒng)都比較明顯減弱了低頻振動的幅值,這對于結(jié)構(gòu)減震有顯著的作用,因?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)的自振頻率都很低,當(dāng)外界激勵(lì)的頻率成分與建筑物自身的頻率接近時(shí)產(chǎn)生的影響和破壞最大。圖8是第二發(fā)和第四發(fā)垂直方向FFT幅度譜,通過分析可以得到,隨著炸藥量的增加,隔震系統(tǒng)對爆炸低頻能量的減弱作用趨于顯著,對高頻部分則影響不大。比較第一發(fā)和第二發(fā)實(shí)驗(yàn)的幅度譜可以得到增加炸藥量對振動頻率組分分布的影響。圖9和圖10分別是第一發(fā)和第二發(fā)實(shí)驗(yàn)的垂直方向和水平方向的幅度譜。通過比較可得:隨著炸藥量的增加,無論是垂直方向還是水平方向,振動的主頻率都有向低頻平移的趨勢,低頻部分幅值的增加遠(yuǎn)高于高頻部分,因此對周邊建筑物結(jié)構(gòu)的影響更為嚴(yán)重。炸藥量的增加降低了爆炸振動傳播的主頻率,這就使振動更接近周邊建筑結(jié)構(gòu)的自振頻率,造成更大的危害。2.2.3比較時(shí)間通過比較幾發(fā)實(shí)驗(yàn)的波形圖發(fā)現(xiàn),隔震系統(tǒng)對振動持續(xù)時(shí)間的影響很小,因此隔震系統(tǒng)的使用,并不影響振動持續(xù)時(shí)間。3炮點(diǎn)投入和藥量的影響鋼絲繩隔震器在爆炸載荷作用下由于拉伸作用引起的鋼絲繩脫落失效是爆炸沖擊隔震系統(tǒng)的主要破壞模式;隔震系統(tǒng)降低了振動速度的峰峰值,隨著藥量的增加,隔震效果趨于顯著;隔震系統(tǒng)對垂直方向和水平方向的隔震效果相當(dāng);無論是垂直方