煤矿采动损伤建筑抗震性能评价方法技术

本发明专利技术提供的煤矿采动损伤建筑抗震性能评价方法，首先获取建筑物发生损伤时的塑性变形；再获取塑性变形过程的能量耗散：Etotal＝Emine+Eeq；其中Emine为煤矿采动影响下建筑物发生塑性变形过程中的能量耗散，Eeq为地震作用下建筑物发生塑性变形过程中的能量耗散；根据建筑物发生损伤时的塑性变形与建筑物发生塑性变形时的能量耗散，建立建筑物抗震性能劣化的评价因子，根据评价因子对建筑物的损伤进行评价。本发明专利技术基于弹塑性变形、耗散结构和能量演化理论的煤矿采动损伤建筑的抗震性能评价计算方法可以更好的反映建筑物的煤矿采动损伤、地震损伤以及二者联合作用下煤矿采空区地面建筑物的损伤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及建筑物抗震性能
，尤其涉及一种煤矿采动损伤建筑的抗震性能评价方法。
技术介绍
目前中国矿区由于高强度、大面积的持续开采，导致煤矿采空区建筑物安全问题越发突出，采煤沉陷区建筑物损伤破坏现象日益严重。加之中国有80％的矿区处于抗震设防区，所以采煤沉陷区的建筑物不仅需要承受采煤沉陷的危害，同时也面临着地震灾害的威胁；因此研究采煤沉陷区建筑物的抗震性能是矿区工程建设迫切需要的问题。但是目前从矿区现场的实际调查和观测的结果来看，地下煤炭资源的开采对地表建筑物的损害与破坏并非与现有的理论成果相一致，甚至与一些理论成果的出入和差异还比较大。煤矿采动应力会导致建筑物产生一定的损伤破坏(次生损伤)，该量级的次生损伤在强地震场作用下会逐渐累积、演化，对煤矿采动区的建筑物的整体稳定性和安全性构成极大的威胁。然而，由于地面建筑物的设计方法均是单独考虑建筑的抗震或抗变形，而煤矿采动区建筑物在受到地下煤炭开采扰动的条件下是否经得起地震影响，其破坏形式如何尚无从得知。煤矿环境的复杂性、恶劣性，对建筑物的安全性、耐久性等产生了严重威胁,会严重降低和破坏建筑物的抗震性能，目前对于煤矿采动建筑物抗震性能的研究相对较少，尚未形成系统化的理论体系；故煤矿采空区地面建筑物的地震安全性是一个亟待解决的工程问题和科学问题。虽然煤矿采动损害影响下建筑物保护理论取得了丰硕的研究成果，但是，对于煤矿采动损伤建筑抗震性能的研究主要存在以下不足之处：(1)注重一般自然环境的研究，对于煤矿地面复杂工业环境(煤矿沉陷区)缺乏定量认识；(2)注重常规工业与民用建筑损伤劣化研究，对于煤矿地面建筑物严重损伤劣化程度缺乏定量认识；(3)注重单一因素或少量因素作用的研究，对于地震作用下煤矿采动建筑
的损伤劣化物理模拟试验和机理研究缺少系统性；(4)既有钢筋混凝土结构的可靠性评价注重一般自然环境，不能体现煤矿地面复杂环境(煤矿沉陷区)的特殊性(煤矿采动致灾、煤矿采动与地震联合致灾)。(5)煤矿采动与地震属于不同的灾害荷载，二者对建筑物的损伤破坏机制有本质的不同：煤矿采动引起的地表移动变形是长期缓慢的发展过程，由此对建筑物所造成的损伤破坏也是长期的；而地震的发生是短期瞬间发生剧烈的地面运动，其对建筑物的损伤破坏是短时间的。二者对于建筑物的成灾机理不同，现有的理论研究及相关技术无法确定煤矿采动与地震对建筑损伤破坏的比较合理的评价及衡量办法，不能较好的反映出煤矿采动损害与地震双重作用对地面建筑物的致灾力学机制。
技术实现思路
基于上述现有技术中存在的缺点与不足之处，本专利技术的目的在于提供一种基于弹塑性变形、耗散结构和能量演化理论的煤矿采动损伤建筑的抗震性能评价计算方法。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供的煤矿采动损伤建筑抗震性能评价方法，包括获取建筑物发生损伤时的塑性变形，所述损伤为在煤矿采动作用下或地震作用下或煤矿采动和地震联合作用下形成；获取塑性变形过程的能量耗散：Etotal＝Emine+Eeq；其中Emine为煤矿采动影响下建筑物发生塑性变形过程中的能量耗散，Eeq为地震作用下建筑物发生塑性变形过程中的能量耗散；当Emine为零时，Etotal为地震作用下建筑物发生塑性变形过程中的能量耗散，当Eeq为零时，Etotal为煤矿采动作用下建筑物发生塑性变形过程中的能量耗散；根据建筑物发生损伤时的塑性变形与建筑物发生塑性变形时的能量耗散，建立建筑物抗震性能劣化的评价因子，根据评价因子对建筑物的损伤进行评价。进一步地，所述建筑物发生损伤时的塑性变形为：其中，θ为建筑结构的顶点位移所对应的转角，°；θy为建筑结构进入屈服阶段产生的屈服位移所对应的转角，°；θu为建筑结构进入极限破坏阶段产生的极限位移所对应的转角，°；β为建筑结构的耗能因子。更进一步，单自由度体系的塑性变形过程的能量耗散： E t o t a l = E m i n e + E e q = 2 ζ ω ∫ x · ( t ) 2 d t + ∫ k ( t ) m x · ( t ) d t ]]>多自由度体系的塑性变形过程的能量耗散： E t o t a l * = Ψ 2 ( E m i n e + E e q ) = Ψ 2 ( 2 ζ ω ∫ x · ( t ) 2 d t + ∫ k ( t ) m x · ( t ) d t ) ]]>其中，m为单自由度体系集中质量，kg；c为单自由度体系的阻尼系数；x(t)为单自由度体系集中质量的位移反应，m；f(t)为恢复力，KN，为单自由度体系的圆频率，rad\本文档来自技高网...

【技术保护点】
煤矿采动损伤建筑抗震性能评价方法，其特征在于：包括获取建筑物发生损伤时的塑性变形，所述损伤为在煤矿采动作用下或地震作用下或煤矿采动和地震联合作用下形成；获取塑性变形过程的能量耗散：Etotal＝Emine+Eeq；其中Emine为煤矿采动影响下建筑物发生塑性变形过程中的能量耗散，Eeq为地震作用下建筑物发生塑性变形过程中的能量耗散；当Emine为零时，Etotal为地震作用下建筑物发生塑性变形过程中的能量耗散，当Eeq为零时，Etotal为煤矿采动作用下建筑物发生塑性变形过程中的能量耗散；根据建筑物发生损伤时的塑性变形与建筑物发生塑性变形时的能量耗散，建立建筑物抗震性能劣化的评价因子，根据评价因子对建筑物的损伤进行评价。

【技术特征摘要】
1.煤矿采动损伤建筑抗震性能评价方法，其特征在于：包括获取建筑物发生损伤时的塑性变形，所述损伤为在煤矿采动作用下或地震作用下或煤矿采动和地震联合作用下形成；获取塑性变形过程的能量耗散：Etotal＝Emine+Eeq；其中Emine为煤矿采动影响下建筑物发生塑性变形过程中的能量耗散，Eeq为地震作用下建筑物发生塑性变形过程中的能量耗散；当Emine为零时，Etotal为地震作用下建筑物发生塑性变形过程中的能量耗散，当Eeq为零时，Etotal为煤矿采动作用下建筑物发生塑性变形过程中的能量耗散；根据建筑物发生损伤时的塑性变形与建筑物发生塑性变形时的能量耗散，建立建筑物抗震性能劣化的评价因子，根据评价因子对建筑物的损伤进行评价。2.根据权利要求1所述的煤矿采动损伤建筑抗震性能评价方法，其特征在于：所述建筑物发生损伤时的塑性变形为：其中，θ为建筑结构的顶点位移所对应的转角，°；θy为建筑结构进入屈服阶段产生的屈服位移所对应的转角，°；θu为建筑结构进入极限破坏阶段产生的极限位移所对应的转角，°；β为建筑结构的耗能因子。3.根据权利要求2所述的煤矿采动损伤建筑抗震性能评价方法，其特征在于：单自由度体系的塑性变形过程的能量耗散： E t o t a l = E min e + E e q = 2 ζ ω ∫ x · ( t ) 2 d t + ∫ k ( t ) m x · ( t ) d t ]]>多自由度体系的塑性变形过程的能量耗散： E t o t a l * = Ψ 2 ( E min e + E e q ) = Ψ 2 ( 2 ζ ω ∫ x · ( t ) 2 d t + ∫ k ( t ) m x · ( t ) d t ) ]]>其中，m为单自由度体系集中质量，kg；c为单自由度体系的阻尼系数；x(t)为单自由度体系集中质量的位移反应，m；f(t)为恢复力，KN，为单自由度体系的圆频率，rad/s；ζ为阻尼比；k(t)为单自由度体系的刚度，KN/m。4.根据权利要求3所述的煤矿采动损伤建筑抗震性能评价方法，其特征在于：所述采煤沉陷区建筑物抗震性能劣化的评价因子为基于Park-Ang双参数模型获取的损伤指数：当Emine为零时，DI为地震作用下建筑物抗震性能劣化的评价因子，当Eeq为零时，DI为煤矿采动作用下建筑物抗震性能劣化的评价因子；当Emine和Eeq均不为零时，DI为煤矿采动影响下的建筑物在地震作用下抗震性能劣化的评价因子；其中，My为建筑结构进入屈服阶段所承受的屈服弯矩，与θy相对应，N·m；Emine为煤矿采动影响下建筑物的能量耗散，J；Eearth为地震作用下建筑物的能量耗散，J。5.根据权利要求4所述的煤矿采动损伤建筑抗震性能评价方法，其特征在于：单自由度体系下，所述煤矿采动损伤建筑抗震性能的损伤指数为： D I = θ - θ y θ u - θ y + β E min e + E e q...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏晓刚，李广慧，刘淼，刘书贤，麻凤海，
申请(专利权)人：郑州航空工业管理学院，
类型：发明
国别省市：河南;41