地震作用下煤矿开采损伤建筑的能量耗散演化致灾分析.pdf

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1、第37卷第3期地震研究VoL37．No．32014年7月JOURNALOFSEISMoLOGICALRESEARCHJu1．．2014地震作用下煤矿开采损伤建筑的能量耗散演化致灾分析水刘书贤，郭涛。，魏晓冈0，张弛，麻凤海(1．辽宁工程技术大学建筑工程学院，辽宁阜新123000；2．辽宁工程技术大学土木与交通学院，辽宁阜新123000；3．北京矿建建筑安装有限责任公司，北京102300；4．本溪钢铁集团建设有限责任公司，辽宁本溪117000；5．大连大学建筑工程学院，辽宁大连116622)摘要：基于耗散结构理论，从能量理论角度对煤矿开采区建筑物的动力破坏过程进行了系

2、统的定量分析。提出了建筑物能量耗散的理论判据，研究了地震作用下煤矿开采区建筑的损伤演化灾变过程。根据结构动力学理论，建立了煤矿开采区建筑物在地震作用下的能量演化平衡方程，定量分析了地震作用下煤矿开采区建筑物系统中耗散能量的变化过程。结果表明：在开采沉陷和地震联合作用下，建筑物与外界产生更多的有害的能量交换，进而产生更多的塑性损伤变形，结构阻尼耗能降低；根据建筑物能量耗散演化趋势应建立合适的抗开采沉陷变形隔震保护新体系，为我国矿区建筑物保护提供借鉴意义。关键词：耗散结构理论；能量耗散；开采沉陷；地震作用；损伤演化中图分类号：TV435文献标识码：A文章编号：1000—

3、0666(2014)03—0442—08研究煤矿开采区建筑在开采沉陷和地震联合作用0引言下的破坏过程是十分必要的。目前专家学者已经对煤矿开采区建筑物在开煤炭资源作为我国最主要的能源之一，对我采沉陷和地震共同作用下的破坏及保护做了大量国的经济建设和国防建设都起到了巨大的推动作研究：张春礼和于光明(2011)针对采动和地震用。我国现有的煤炭资源开采率普遍偏低，尤其对地表建筑物的危害性问题，在现有研究的基础是“三下”压煤储量高达500亿吨，东部大部分上，利用有限元软件ANSYS建立了杆系高层钢筋煤炭矿区“三下”压煤量占可采储量的50％以上。混凝土框架结构模型，并分别进行了

4、采动作用分随着对煤炭资源高强度、大面积的不断开采以及析、地震作用分析及采动一地震联合作用分析。其储量的急剧减少，我国许多矿区将不可避免的刘书贤等(2010)运用有限元分析软件ANSYS，将一些人口和建筑相对密集的城市和村庄划人到对煤矿开采区建筑物在开采沉陷变形和地震联合开采范围内，矿区出现开采沉陷变形的面积和变作用下的作用机理进行了系统分析，把煤矿开采形程度越来越大，对建筑物造成的损害也将日益区建筑物开采沉陷的抗变形设计和抗震设计相结严重(王金庄，郭增长，2002)。矿区建筑物不仅合，提出了采动区建筑物抗震抗变形双重保护的受到煤炭开采引起的开采沉陷的影响，还要承受具

5、体措施，发展和补充了煤矿开采区建筑结构抗地震所产生的震害。近年来，我国地震频发，造震抗变形控制理论。成了严重的人员伤亡及经济损失。2008年汶川地以上研究均是基于力学理论，采用有限元方震造成69227人遇难，374643人受伤，17923人法进行分析，缺乏对建筑物在开采沉陷作用和地失踪，直接经济损失高达人民币8452亿元。2013震作用损伤的积累和连续性。近年来，从能量角年4月20日雅安地震，截至4月24日，造成196度去分析研究土木工程类问题引起了国内外专家人死亡，21人失踪，l1470人受伤。由此可见，学者的关注，并取得了一定的成果。朱建华和沈{收稿151期：2

6、013—12—30．基金项目：国家自然科学基金项目(51474045，51174038)、辽宁省教育厅科研项目([2012111)、中国煤炭工业协会科学技术研究指导性计划项目(MTKJ2012—319)和辽宁工程技术大学市场调研信息立项基金(SCDY201~)10)资助．第3期刘书贤等：地震作用下煤矿开采损伤建筑的能量耗散演化致灾分析443蒲生(2006)从能量角度对钢筋混凝土框架结构部结构的非线性弹塑性变形及阻尼做功向外耗散的倒塌作了分析，设计了4个不同层数的框架结能量，降低了构件的强度。如bc段所示，当局部构，将各框架结构等效成单自由度体系，运用能系统中的积蓄的

7、能量达到其I临界值时，局部系统量法计算其滞回耗能，并考虑了多阶振型的影响，发生破坏，将积蓄的能量释放出来，建筑物系统提出了根据推覆分析来近似求解框架结构梁柱构进入到新的远离平衡状态，直到建筑物系统整体件的自身耗能能力，通过比较框架结构滞回耗能失稳，发生涨落，进人到新的状态(建筑物倒与自身耗能能力，评估其抗倒塌能力。缪志伟塌)，如c点后曲线所示。(2009)综合基于能量抗震设计方法和结构损伤控制设计思想，系统研究了基于能量抗震设计方法在RC框剪结构中的应用。本文针对煤矿开采区建筑在开采沉陷和地震联合作用下建筑物损伤累积和连续性研究的不足，基于耗散结构理论，从能量理