一种爆破振动多参数安全评价方法

摘要

本发明一种爆破振动多参数安全评价方法，采用小波包分解和重构方法将爆破振动信号分解为一系列简谐荷载，然后计算这些简谐荷载的能量并进行归一化处理，再计算简谐荷载作用下结构体系的动力响应，同时将归一化后的能量比例融入结构振动响应中，而后根据结构振动响应容许值可给出结构爆破振动安全的判据，进而评判结构的安全性。该判据是一个反映结构特性、爆破荷载幅值、多个优势频率、持续时间及能量比例等参数的多参数爆破振动安全判据，比现行的爆破振动安全允许标准更细致、合理和科学。

主权项

一种爆破振动多参数安全评价方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1、通过小波包分解和重构技术将采集到的爆破振动信号表示为由不同振幅和不同频率的简谐波叠加，获得简谐荷载作用下结构体系的动态响应表达式：若单支重构信号V_ij所在频段的幅值为经过傅立叶变换后求得的该频段的主频为则圆频率将该支信号表示为简谐正弦波形式：其中t为振动持续时间,i为小波包分解的层数，取正整数，j为小波包分解后的第i层的第j个节点，则爆破振动信号V可表示为：$V=\underset{j=0}{\overset{2^i-1}{\Sigma }}{V}_{\mathrm{ij}}^{*}\sin \left({\omega }_{\mathrm{ij}}^{*}t\right)$结构体系的动态响应表达式可近似为：式中η_ij、分别表示单支重构信号V_ij作用下引起的结构动态响应的速度因子和相位角，这些值是小波分解时计算得到的ω^*_ij为单支重构信号V_ij所在频段的幅值、主圆频率，β_ij为稳态反应放大系数；步骤2、计算简谐载荷的振动能量并进行归一化处理：设单支重构信号V_ij对应的振动能量为E_ij，则有$E_{\mathrm{ij}}=\int {\left|V_{\mathrm{ij}}\left(t\right)\right|}^2\mathrm{dt}=\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\left|v_{\mathrm{jk}}\right|}^2$式中：v_jk(k＝1,2,...,n)为重构信号V_ij离散点的幅值；归一化后的能量比例en_ij表示为：${\mathrm{en}}_{\mathrm{ij}}=\frac{E_{\mathrm{ij}}}{E}=\frac{E_{\mathrm{ij}}}{{\left(\underset{j=0}{\overset{2^i-1}{\Sigma }}{\left|E_{\mathrm{ij}}\right|}^2\right)}^{\frac{1}{2}}};$步骤3、将归一化后的能量比例en_ij融入结构振动响应中：将归一化后的能量比例en_ij融入爆破振动信号V作用下单自由度结构的速度响应幅值中，获得归一化能量后的结构动态响应幅值$V_s^{*}=\lambda \underset{j=0}{\overset{2^i-1}{\Sigma }}{\mathrm{en}}_{\mathrm{ij}}{\eta }_{\mathrm{ij}}{\beta }_{\mathrm{ij}}{V}_{\mathrm{ij}}^{*}$其中λ为一常系数，基本范围为1.2～1.6；步骤4、根据结构振动响应容许值计算出表示爆破地面振动速度的容许幅值[V_g]，以此作为结构爆破振动安全的判据，根据标准或规程来评判结构的安全性：若V_g为结构体系所在处爆破地震波原始信号引起的爆破地面振动速度幅值，则有：$V_s^{*}=\lambda \underset{j=0}{\overset{2^i-1}{\Sigma }}{\mathrm{en}}_{\mathrm{ij}}{\eta }_{\mathrm{ij}}{\beta }_{\mathrm{ij}}\left(\frac{V_{\mathrm{ij}}^{*}}{V_g}\right)\times V_g$令$D_{\mathrm{ij}}={\mathrm{en}}_{\mathrm{ij}}{\eta }_{\mathrm{ij}}{\beta }_{\mathrm{ij}}\left(\frac{V_{\mathrm{ij}}^{*}}{V_g}\right),$为一无量纲系数，则$V_s^{*}=\lambda \underset{j=0}{\overset{2^i-1}{\Sigma }}{D}_{\mathrm{ij}}{V}_g$若表示结构体系速度响应的容许幅值，则[V_g]表示爆破地面振动速度的容许幅值，有$\left[V_g\right]=\frac{\left[V_s^{*}\right]}{\lambda \underset{j=0}{\overset{2^i-1}{\Sigma }}{D}_{\mathrm{ij}}}$式中，可通过求出，其中[σ]为建筑物结构介质的容许应力，ρ为介质密度；c_p为纵波波速；步骤5、由此得到可以作为爆破振动安全评价的标准值：爆破地面振动速度幅值V_g,该值隐含了振动频率振动持续时间t、振动能量E_ij、以及体现结构特性的结构动态响应的速度因子η_ij。