川渝拆除17713551981的爆破振動數值分析
實測結果顯示，攔污柵柱頂梁部有一個測點的一條測線振動速度測值較大，振速為17.24cm/s超過設計安全標準。為了分析該測值的真偽和建筑物的安全狀況，采用爆破地震反應譜法對圍堰拆除爆破時產生的爆破振動進行數值計算，反演爆破時壩體的爆破振動峰值，并與實測資料進行對比分析；計算爆破時峰值動應力場，并與靜力場進行疊加，進行強度校核，為圍堰拆除爆破安全評價提供科學依據。
1自振特性計算結果
1.1自振頻率
采用子空間迭代法進行模態分解，共計算了40階頻率與振型，結果見表7.17。
表7.17固有頻率計算結果表
2振型變位特征
由壩體結構振型參與系數較大的前5階振型可以看出，第1階振型以z方向振動變位為主，第2階振型、第7階振型以X、Y方向振動變位為主，第8階振型以Y方向振動變位為主。第3階振型、第4階振型、第5階振型、第6階振型參與系數較小，是以X、Y向上游攔污柵排架局部變位形成的振型。
2壩體動力反應計算結果
采用CQC（Complete Quardratic Combination）——完全二次平方根法組合。
1動力變形及其分布
在爆破振動反應譜作用下，壩體綜合動位移最大5.1mm（壩頂攔污柵橫梁）。其分布由壩基起向上逐步增加。由壩體動位移計算模型可以知，攔污柵排架的相對位移比壩體大，這對攔污柵結構的抗震安全不利。
順河向動位移等值線基本呈水平狀分布，最大變形發生在靠近下游面壩頂（3.6mm），同一高程面上攔污柵排架與壩體位移差別不大。豎直向動位移自上游面向下游面降低，最大動變形發生在壩頂攔污柵橫梁上（1.46mm）。
2壩體速度及其分布
在爆破振動反應譜作用下，壩體順河向速度從壩基向上逐漸增大，最大振速達4.7cm/s（壩頂攔污柵橫梁）；豎直向振速自壩體上游面至下游面增大，最大值3.09cm/s，發生在壩體上游側；橫河向振速最大3.45cm/s，攔污柵排架頂。壩體特征部位振動速度見表7.18，壩體特征部位實測振動速度統計表見表7.19，壩頂的放大倍數見表7.20。
表7.18壩體特征部位計算振動速度單位：cm/s
表7.19壩體特征部位實測振動速度統計表
表7.20RCC圍堰爆破壩頂振動放大系數表
對比實測振速結果：2006年6月6日圍堰爆破，右廠壩段基礎廊道實測振速為1.02cm/s，高程72~152m壩內排水廊道實測最大振速為1.85cm/s，右廠壩段壩頂185m高程實測最大振速為5.9cm/s，右廠17號壩段進水口閘門底部混凝土振動速度為1.5cm/s；
6月9日，15號堰塊拆除爆破，壩頂振動速度為3.42cm/s，壩前攔污柵柱頂部振動速度為5.84cm/s。計算結果較實測值大，可見，以振動安全控制標準值進行強度安全驗算結構是偏于安全的。
右岸大壩高程從下至上質點振動速度總的趨勢是增大的，即隨著高程的逐漸升高振動速度有放大的趨勢，從這點來說，實測和計算結果一致。
就振速分布情況來看，計算結果和實測結果較為一致，僅右廠15號壩段單元Ⅵ-1測點（攔污柵柱頂），實測水平向質點振動速度達17.24cm/s，經綜合分析比較認為該點可能是儀器埋設不當引起測試成果異常。
2.3壩體動應力及其分布
在三向地震作用下，以第一主應力o1而論，壩體動應力較小，絕大部分在0.6MPa以下，僅在壩踵和壩趾出現較大拉應力集中，最大值1.37MPa，出現在壩踵。上游攔污柵排架的拉應力則較為突出，尤以橫梁3為最大達2.87MPa（高程113.75m）；支撐梁拉應力在2.1MPa以下，且大拉應力發生在支撐梁與閘墩柱連接及轉角部位；而閘墩柱稍小，約在0.6~1.5MPa。
從計算結果來看，圍堰爆破振動對大壩主體的影響較小，控制結構應力強度的主要是上游攔污柵排架的拉應力，從動應力第一主應力的大小及其分布來看，最主要的是橫梁的拉應力值超過混凝土強度設計值較多，危及整體結構的安全。強度安全評價還要結合靜應力的情況，從動、靜疊加結果來分析。另外，橫梁的配筋也將提高其承受能力，從而提高結構的強度安全系數。
3壩體靜應力及其分布
壩體在自重和水壓力作用下，在壩踵及進水口閘門底部出現拉應力集中，最大值2.26MPa（進水口閘門底部）；壩頂與攔污柵排架連接處也出現較大拉應力，最大達
1.6MPa；壩體其他部分應力較小，大多處于受壓狀態。攔污柵排架梁、柱的應力也多處于壓應力狀態，大的拉應力出現在梁柱連接處；支撐梁由于上部閘墩柱發生較大的沉降而出現了較大拉應力1.0~3.0MPa，但其大應力亦出現在梁與柱的連接處，可能受單元畸變劃分影響較大，而支撐梁大部分結構拉應力1.0~2.0MPa。
從靜力變位，特別是豎直向靜位移來看，引起上述較大局部拉應力的原因，可能與閘墩柱發生較大沉降有關，閘墩柱的最大沉降量達1.8cm。
4壩體動靜疊加應力及其分布
根據前述計算得出的動應力與靜應力，按最不利原則（將爆破振動效應折減50%）疊加。由于控制混凝土結構強度的是拉應力，故用第一主應力o1的分布來分析。
從計算結果可以看出，大壩主體拉應力均在1.0MPa以下，進水口閘門底部處出現拉應力集中，最大達2.35MPa；攔污柵墩柱，除與梁連接處外，大部分拉應力較小，在1.0MPa以下；橫梁的拉應力稍大，約達0.9~1.9MPa；最大拉應力2.61MPa，出現在第三層支撐梁（高程143.75m）。
5強度驗算
按《水工建筑物抗震設計規范》（SL203-97）規定，采用式（3.5）驗算承載能力極限狀態下的構件強度，即
Yoys（·）≤一R（·）（7.3）式中S（·）——構件拉應力；ya——結構系數；y。——結構重要性系數；y——設計狀況系數；R（.）——構件抗拉強度設計值。
C25混凝土，其28d齡期抗拉強度設計值1.3MPa，鋼筋混凝土抗拉強度設計值為
1.5MPa。考慮到三期圍堰爆破時的時限，采用90d齡期強度值。則按《水工混凝土結構設計規范》（DL/T5057-1996）規定附錄A，取提高系數1.3，又計人動力強度提高30%，則：
/2.197MPa（C25混凝土）（7.4）R（·）=（2.535MPa（鋼筋混凝土）結構系數y，按照規范混凝土受拉破壞取1.3。設計狀況系數p取為0.95（短暫狀態）。結構重要性系數o由安全級別確定，I級取為1.1。由此代人式（7.3）中可得出：
/1.958MPa（C25混凝土）（7.5）S（·）={2.259MPa（鋼筋混凝土）即：在爆破荷載和永久荷載共同作用下，對于大壩主體，拉應力小于1.958MPa，攔污柵結構拉應力小于2.259MPa為安全的。
由計算結果可知，僅在進水口閘門底部處和支撐梁與閘墩柱連接處出現了小范圍的應力超限部位。經分析，是靜應力導致該部位超過強度很多，施工中這些部位已配有鋼筋，因此，爆破振動不會危及大壩的強度安全。
綜上所述，數值分析結果表明：
（1）在爆破振動反應譜作用下，壩體順水流向速度從壩基向上逐漸增大，最大振速達4.6cm/s，豎直向振速最大值4.24cm/s，垂直水流向振速最大5.3cm/s。對比實測振速結果，計算結果較為偏大，可見，強度安全驗算是偏于保守的。右岸大壩高程從下至上質點振動速度總的趨勢是增大的，即隨著高程的逐漸升高振動速度有放大的趨勢，從這點來說，實測和計算結果一致。
（2）就振速分布情況來看，計算結果和實測結果較為一致，僅右廠15號壩段單元
Ⅵ-1號測點（攔污柵柱頂），實測水平向質點振動速度達17.24cm/s，經綜合分析比較認為該點可能是儀器埋設不當引起測試成果異常。
（3）圍堰爆破振動對大壩主體的影響較小，壩體動應力，絕大部分在0.6MPa以下，僅在壩踵和壩趾出現較大拉應力集中，控制結構應力強度的主要是上游攔污柵排架的拉應力，尤以橫梁的拉應力值較大，但強度安全評價還要結合靜力的情況，從動、靜荷載疊加結果來分析。
（4）動靜應力疊加結果表明，進水口閘門底部、攔污柵梁柱連接處及支撐梁出現了較大拉應力。按承載能力極限狀態驗算構件強度，僅在閘門底部出現了小范圍的應力超限部位，不過該部位動拉應力并未超限；而在動應力分析中出現較大拉應力的橫梁部位動靜應力疊加則沒有超限，實際這些部位已配有鋼筋，因此，爆破振動不會危及大壩的強度安全。
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