大跨隧道近距下穿书画院高阶模态及爆破应力响应研究

为研究大跨隧道近距下穿建筑物时爆破振动对隧道周边建筑物的损伤。依托南方某公路隧道爆破工程,选取典型的建筑物——书画院4号楼,利用ANSYS建立书画院全结构模型,探究其高阶模态特性,并分析不同爆破峰值振速下的书画院应力响应特征。结果表明:书画院1～6阶为低阶整体模态,频率为4.16～12.99 Hz,振型为建筑物整体变形;7～20阶为高阶局部模态,频率为13.65～24.03 Hz,振型以左侧墙体、屋檐、一层横墙和二层中隔墙等局部构件变形为主;应力水平最高的是门角、窗角等应力集中部位,其峰值是横墙的11.6～18.4倍,在峰值振速较低时(1.0cm/s)就有可能在瞬间产生很高的应力,超过抗拉强度,造成损伤破坏。次高的是高阶模态中振动较大的局部构件,如门窗连接处、左侧墙面和二层中隔墙,应力水平也较高,其峰值是横墙应力的5.4～11.1倍。随着峰值振速的不断增大,到达3.0 cm/s和6.0 cm/s时,门窗连接处墙面、左侧墙面和二层中隔墙就可能会发生损坏;主要的横墙承重构件一般不会发生损伤。数值计算结果表明,高阶模态能较好的解释爆破振动下结构局部损伤的原因。