建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除數(shù)值模擬

內(nèi)容概要

《建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除數(shù)值模擬》結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除理論研究與工程實(shí)踐，利用顯式動(dòng)力學(xué)有限元LS-DYNA軟件，采用共節(jié)點(diǎn)分離式鋼筋混凝土模型，對幾種典型鋼筋混凝土建構(gòu)筑物爆破拆除倒塌過程進(jìn)行了有限元分析模擬，計(jì)算結(jié)果生動(dòng)揭示了建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除破壞傾倒過程，可為爆破理論研究和設(shè)計(jì)方案選擇提供科學(xué)依據(jù)?！督ㄖY(jié)構(gòu)爆破拆除數(shù)值模擬》共分10章，包括概述、建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除模擬過程、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)爆破拆除理論模型、有限元計(jì)算方法、共節(jié)點(diǎn)分離式模型及試驗(yàn)驗(yàn)證、單元尺寸效應(yīng)和界面單元分析，以及典型鋼筋混凝土樓房建筑物、筒倉、煙囪、水塔和橋梁等構(gòu)筑物的爆破拆除模擬計(jì)算實(shí)例等內(nèi)容。
《建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除數(shù)值模擬》可供高等院校和研究單位從事爆破理論及工程技術(shù)研究的師生以及相關(guān)科研人員使用，也可作為建筑、冶金、煤炭、鐵路、交通和水利水電等部門從事爆破技術(shù)和安全工程等專業(yè)技術(shù)工作者的業(yè)務(wù)參考書。

作者簡介

楊  軍，教授，博士生導(dǎo)師?，F(xiàn)任北京理工大學(xué)機(jī)電技術(shù)學(xué)院爆破理論及技術(shù)學(xué)科組學(xué)科負(fù)責(zé)人。東北大學(xué)礦山建設(shè)專業(yè)學(xué)士，中國礦業(yè)大學(xué)北京研究生院礦山建設(shè)專業(yè)博士。曾在北京理工大學(xué)兵器科學(xué)與技術(shù)博士后工作站和日本工業(yè)研究院資源與環(huán)境技術(shù)研究所工作。長期從事爆破工程理論及技術(shù)方面的教學(xué)、科研和學(xué)科建設(shè)工作。曾承擔(dān)自然科學(xué)基金“露天爆破地震效應(yīng)及控制技術(shù)研究”、“建筑物爆破拆除過程數(shù)值模擬研究（中韓合作研發(fā)課題）”和“985工程重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目等課題。主持的巖石爆破損傷理論模型及模擬技術(shù)研究在國內(nèi)占領(lǐng)先地位，相關(guān)建構(gòu)筑物爆破拆除過程數(shù)值模擬在國際上受到關(guān)注，其中鋼筋混凝土分離模型在工程中已獲成功應(yīng)用。先后指導(dǎo)博士研究生12名，發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文100多篇，出版學(xué)術(shù)專著4部，兼任中國力學(xué)學(xué)會爆破專業(yè)委員會委員，中國兵工學(xué)會爆炸安全專業(yè)委員會副主任委員，中日韓炸藥與爆破技術(shù)專業(yè)委員會委員，中國工程爆破協(xié)會常務(wù)理事，北京工程爆破協(xié)會副理事長。

書籍目錄

前言第1章 概述1.1 建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀1.2 建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除技術(shù)研究1.2.1 建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除技術(shù)特征1.2.2 國外有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除研究簡介1.2.3 國內(nèi)研究涉及爆破理論、拆除方法和爆破安全1.3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)爆破拆除數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀1.4 建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除數(shù)值模擬存在的問題參考文獻(xiàn)第2章 建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除數(shù)值模擬過程及典型示例2.1 拆除爆破數(shù)值模擬過程2.1.1 拆除爆破數(shù)值模擬步驟2.1.2 拆除爆破模擬的建筑結(jié)構(gòu)材料模型選擇2.2 爆破模擬常用軟件2.2.1 基于有限元模擬軟件LS-DYNA2.2.2 基于離散元模擬軟件SLM2DEM2.2.3 ABAQUS有限元程序2.2.4 DDA方法模擬建筑物爆破拆除2.3 典型建筑結(jié)構(gòu)拆除爆破過程的數(shù)值模擬2.3.1 100m鋼筋混凝土煙囪定向倒塌爆破拆除的數(shù)值模擬2.3.2 DDA方法模擬三峽RCC圍堰定向傾倒過程2.3.3 框架結(jié)構(gòu)樓房爆破拆除參考文獻(xiàn)第3章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)爆破拆除理論模型3.1 結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞理論模型3.1.1 爆破切口高度理論模型3.1.2 支撐立柱失穩(wěn)理論模型3.2 結(jié)構(gòu)倒塌運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型3.2.1 基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程的數(shù)學(xué)模型3.2.2 基于鉸接雙連桿雙向折疊下落運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型3.3 結(jié)構(gòu)前沖、后坐理論模型3.3.1 結(jié)構(gòu)倒塌前沖理論模型3.3.2 結(jié)構(gòu)倒塌后坐理論模型3.4 結(jié)構(gòu)觸地震動(dòng)理論模型3.4.1 結(jié)構(gòu)觸地震動(dòng)速度3.4.2 高層建筑物爆破拆除塌落震動(dòng)的數(shù)學(xué)模型參考文獻(xiàn)第4章 建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除有限元數(shù)值模擬4.1 顯式動(dòng)力有限元程序LS-DYNA理論基礎(chǔ)4.1.1 LS-DYNA發(fā)展過程4.1.2 LS-DYNA功能概述4.1.3 LS-DYNA算法基礎(chǔ)4.1.4 LS-DYNA程序計(jì)算方法4.2 建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除有限元模型的建立4.2.1 爆破拆除數(shù)值模擬基本假設(shè)4.2.2 鋼筋混凝土有限元模型建立過程4.2.3 鋼筋和混凝土材料本構(gòu)模型研究4.3 建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除有限元模擬的單元?jiǎng)h除及其他問題4.3.1 爆破切口形式及切口形成的實(shí)現(xiàn)4.3.2 材料失效方式的控制4.3.3 接觸方式的選擇4.3.4 沙漏能及計(jì)算時(shí)間的控制參考文獻(xiàn)第5章 共節(jié)點(diǎn)分離式鋼筋混凝土模型及試驗(yàn)驗(yàn)證5.1 共節(jié)點(diǎn)分離式鋼筋混凝土模型原理及建模方法5.1.1 共節(jié)點(diǎn)分離式模型基本原理5.1.2 共節(jié)點(diǎn)分離式模型建模方法5.2 三層框架結(jié)構(gòu)倒塌數(shù)值模擬研究5.2.1 框架結(jié)構(gòu)有限元模型5.2.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析5.3 三層框架結(jié)構(gòu)倒塌試驗(yàn)研究5.3.1 澆筑試驗(yàn)?zāi)Ｐ?.3.2 試驗(yàn)測試設(shè)備的布置5.3.3 模型試驗(yàn)結(jié)果分析5.4 數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較分析5.4.1 結(jié)構(gòu)倒塌過程比較分析5.4.2 結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)比較分析5.4.3 結(jié)構(gòu)觸地震動(dòng)比較分析參考文獻(xiàn)第6章 爆破拆除模擬中的單元尺寸效應(yīng)和界面單元問題6.1 “單元尺寸效應(yīng)”原理6.2 不同單元尺寸下數(shù)值模擬結(jié)果比較6.2.1 結(jié)構(gòu)的有限元模型6.2.2 結(jié)構(gòu)倒塌過程比較6.2.3 支撐立柱破壞過程比較6.2.4 爆堆范圍比較6.2.5 結(jié)構(gòu)倒塌y向速度比較6.3 結(jié)構(gòu)拆除模擬的界面單元問題6.3.1 界面彈簧連接及幾種黏結(jié)滑移的經(jīng)驗(yàn)公式6.3.2 界面元分離式模型建模方法6.3.3 界面元分離式鋼筋混凝土模型的試驗(yàn)驗(yàn)證6.4 界面元分離式鋼筋混凝土模型的實(shí)際應(yīng)用6.4.1 工程概況6.4.2 測水塔有限元模型6.4.3 數(shù)值模擬結(jié)果分析參考文獻(xiàn)第7章 典型樓房建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除數(shù)值模擬7.1 框架結(jié)構(gòu)折疊爆破拆除數(shù)值模擬7.1.1 16層框架結(jié)構(gòu)樓房折疊爆破拆除數(shù)值模擬7.1.2 框架結(jié)構(gòu)爆破拆除數(shù)值模擬中充填墻體影響研究7.2 剪力墻結(jié)構(gòu)樓房爆破拆除有限元模擬研究7.2.1 工程概況7.2.2 計(jì)算模型7.2.3 剪力墻結(jié)構(gòu)樓房定向坍塌過程有限元模擬分析7.3 核心筒-框架結(jié)構(gòu)折疊爆破拆除數(shù)值模擬7.3.1 工程概況7.3.2 模型建立7.3.3 模擬結(jié)果分析參考文獻(xiàn)第8章 筒倉結(jié)構(gòu)爆破拆除有限元模擬8.1 鋼筋混凝土筒倉群結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和基本假定8.2 雙排二層框架筒倉結(jié)構(gòu)爆破拆除有限元模擬研究8.2.1 實(shí)體模型8.2.2 單元?jiǎng)澐旨安牧蠀?shù)8.2.3 炸高6.9m時(shí)的有限元計(jì)算結(jié)果及其分析8.2.4 炸高2.9m時(shí)有限元模擬結(jié)果及分析8.2.5 炸高6.9m時(shí)不同割筋部位情況模擬及結(jié)果分析8.3 雙排單層框架筒倉結(jié)構(gòu)爆破拆除有限元模擬8.3.1 實(shí)體模型8.3.2 倒塌過程有限元模擬結(jié)果及分析8.4 三排混合框架筒倉結(jié)構(gòu)倒塌有限元模擬8.4.1 實(shí)體模型8.4.2 爆破方案8.4.3 三排混合框架筒倉結(jié)構(gòu)倒塌過程有限元計(jì)算結(jié)果8.5 三排筒倉結(jié)構(gòu)中間劈開定向倒塌有限元模擬8.5.1 結(jié)構(gòu)概況和爆破方案8.5.2 有限元模型建立8.5.3 數(shù)值模擬結(jié)果分析參考文獻(xiàn)第9章 煙囪、水塔類構(gòu)筑物爆破拆除數(shù)值模擬9.1 煙囪、水塔類構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)及材料特性9.2 百米高煙囪折疊爆破拆除倒塌過程有限元模擬9.2.1 工程背景9.2.2 煙囪有限元模型的建立9.2.3 煙囪有限元模型倒塌效果分析9.3 高聳薄壁冷卻塔爆破拆除數(shù)值模擬9.3.1 模型及爆破方案9.3.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析與比較9.4 爆破拆除X梁雙曲線冷卻塔倒塌過程數(shù)值模擬9.4.1 工程概況9.4.2 有限元模型的建立9.4.3 計(jì)算結(jié)果參考文獻(xiàn)第10章 鋼筋混凝土橋梁爆破拆除數(shù)值模擬10.1 桁架拱連拱橋爆破拆除數(shù)值模擬10.1.1 工程概況10.1.2 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)10.1.3 模型簡介10.1.4 數(shù)值模擬結(jié)果分析10.2 鋼筋混凝土桁式組合拱橋爆破拆除數(shù)值模擬10.2.1 工程概況10.2.2 爆破方案及參數(shù)設(shè)計(jì)10.2.3 桁式組合拱橋爆破拆除模擬10.2.4 模擬結(jié)果分析10.3 鋼筋混凝土雙曲拱大橋深孔爆破拆除模擬10.3.1 工程概況10.3.2 爆破方案及參數(shù)設(shè)計(jì)10.3.3 爆破過程數(shù)值模擬及分析10.4 下承式80m肋拱公路橋爆破拆除數(shù)值模擬10.4.1 工程概況10.4.2 爆破拆除方案10.4.3 橋梁的有限元模型10.4.4 模擬結(jié)果分析參考文獻(xiàn)彩圖

章節(jié)摘錄

　　第1章概述　　作為現(xiàn)代爆破技術(shù)的分支，建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。隨著爆破拆除技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，拆除難度不斷增加，安全環(huán)保方面的要求也越加嚴(yán)格，致使傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法越來越難以滿足工程實(shí)際需要?！　∮?jì)算機(jī)模擬技術(shù)的引進(jìn)開拓了爆破拆除建筑結(jié)構(gòu)倒塌及破壞過程的數(shù)值模擬研究方向，且有望成為爆破拆除研究手段乃至爆破施工設(shè)計(jì)依據(jù)。因?yàn)椴捎糜?jì)算機(jī)模擬技術(shù)對爆破拆除過程進(jìn)行系統(tǒng)分析，可以預(yù)測爆破方案及參數(shù)選擇的效果，及時(shí)修正和優(yōu)化爆破拆除方案，提高爆破拆除設(shè)計(jì)與施工的可靠性和安全性，滿足發(fā)展著的拆除爆破工程的實(shí)際需要?！　±脭?shù)值模擬技術(shù)研究建筑結(jié)構(gòu)的爆破拆除過程，在確定爆破缺口位移、爆破順序和分段時(shí)間差對爆破倒塌的影響等方面已有很多成果［1］。德國魯爾大學(xué)Stangenberg和Friedhelm通過對實(shí)際工程中煙囪倒塌過程有關(guān)數(shù)據(jù)的分析，建立起來鋼筋混凝土煙囪爆破拆除計(jì)算機(jī)模型，經(jīng)試驗(yàn)證明該模型可以用于解決實(shí)際工程中的具體問題，解釋發(fā)生的某些現(xiàn)象［2］。Utogawa［3］等采用改進(jìn)的離散單元法進(jìn)行鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的爆破拆除仿真分析，其數(shù)值計(jì)算與實(shí)際工程結(jié)果吻合得比較好。國內(nèi)就爆破拆除數(shù)值模擬已經(jīng)開展了一系列的研究工作，其中利用動(dòng)力有限元程序LS-DYNA，采用分離式共節(jié)點(diǎn)模型［4，5］，對爆破拆除筒倉和樓房等建筑結(jié)構(gòu)的模擬，模擬結(jié)果與真實(shí)倒塌過程非常接近并被應(yīng)用到爆破設(shè)計(jì)中?！　?yīng)用DDA方法［6］和基于離散元原理［7］對爆破拆除的模擬研究，在選擇爆破方式和研究爆破效果方面也取得了許多成果，為爆破拆除工程設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化提供了參考依據(jù)?！　〔鸪茢?shù)值模擬研究實(shí)踐表明，將現(xiàn)代先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到爆破拆除設(shè)計(jì)中去，在爆破前對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行檢驗(yàn)，準(zhǔn)確預(yù)測結(jié)構(gòu)的倒塌姿態(tài)和倒塌范圍，有利于提高爆破拆除設(shè)計(jì)水平；爆破后通過分析倒塌過程力學(xué)效應(yīng)，探討研究結(jié)構(gòu)各種傾倒規(guī)律，還可以完善爆破拆除理論，促進(jìn)爆破拆除技術(shù)朝著更為科學(xué)、精確和安全的方向發(fā)展?！　?.1建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀城市建筑結(jié)構(gòu)拆除爆破是第二次世界大戰(zhàn)后迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)控制爆破技術(shù)，該技術(shù)在城市基礎(chǔ)建設(shè)、工礦企業(yè)改造和擴(kuò)建等方面發(fā)揮著重要作用。當(dāng)年為了清除戰(zhàn)爭遺留的廢舊及危險(xiǎn)建筑物使這項(xiàng)技術(shù)在歐洲應(yīng)運(yùn)而生，如今隨著城市建設(shè)速度的加劇，以及改擴(kuò)建周期的縮短，拆除爆破技術(shù)在發(fā)達(dá)國家和經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快國家均得到了廣泛的應(yīng)用，即使在機(jī)械拆除技術(shù)不斷成熟的當(dāng)今，爆破技術(shù)仍不失為一種建筑結(jié)構(gòu)拆除的高效安全方法。英國從1979年～1993年已用爆破方法拆除了30～40座12～25層的高大建筑物［8］，原西德僅1978～1988年的10年間就用爆破方法拆除了幾百座橋梁［9］。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展初期建筑物的老化，韓國爆破拆除工程近年來發(fā)展很快。由于國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會需求的不斷提高，我國每年有大量的廢舊建筑物需要拆除，對于高層建筑物和高聳構(gòu)筑物拆除控制爆破方法占有極為重要的地位。由于高層建筑物一般處于城市人口密集、建筑物相對集中的鬧市地段或者處于其他復(fù)雜環(huán)境下，因此，對爆破拆除技術(shù)的要求越來越高?！　〗陙?，隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)力度加大，城市中有許多地處復(fù)雜環(huán)境的廢舊鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物（如廢舊樓房、廠房等）急需拆除；同時(shí)新的環(huán)保法規(guī)實(shí)施后，國內(nèi)一批不能滿足環(huán)保要求的小工廠（如年產(chǎn)量10萬t以下的水泥廠以及小造紙廠）逐漸要關(guān)閉拆除；電廠技術(shù)改造項(xiàng)目中，一些高達(dá)百米的鋼筋混凝土煙囪也要拆除重建，且電廠的其他機(jī)組不能因此停產(chǎn)，這就給爆破拆除技術(shù)提出了新的難題。　　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的拆除方式主要有人工拆除法、機(jī)械拆除法和爆破拆除法。　　人工拆除法是最原始的施工方法，施工速度慢，安全難以保障，現(xiàn)趨于淘汰；機(jī)械拆除法是隨著施工機(jī)械化水平提高而逐漸發(fā)展起來的，近幾年在建筑拆除領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。對于地處復(fù)雜環(huán)境的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)拆除工程來說，爆破拆除方法避免了機(jī)械人工拆除法的工期、安全和作業(yè)場地等難題，成為這類拆除工程中最經(jīng)濟(jì)、快速和安全的施工方法。自從控制爆破技術(shù)應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)拆除工程，現(xiàn)在已經(jīng)形成了一套比較完整的基于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)。尤其是在拆除高層（聳）建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，爆破拆除已成為首選的方法，這類工程爆破施工場地大多位于城鄉(xiāng)繁華地段，周圍環(huán)境復(fù)雜多樣，周圍的建筑物和設(shè)施對爆破的安全可靠性要求極為嚴(yán)格?！　〗陙?，我國的建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)?！　。?）一次性爆破拆除結(jié)構(gòu)規(guī)模及使用的總炸藥量不斷增大。例如深圳漁農(nóng)村16棟居民樓的爆破拆除［10］，一次性爆破拆除建筑面積5.3萬m2，爆破總裝藥量達(dá)到684kg。再如，三峽工程三期上游碾壓混凝土圍堰的爆破拆除［11］，圍堰爆破拆除總長度為480m，拆除高程140～110m，拆除高度為30m，總裝藥量19115t，共計(jì)使用數(shù)碼電子雷管2506發(fā)?！　。?）爆破拆除倒塌方式朝著多樣化發(fā)展。一般認(rèn)為，爆破拆除按倒塌方式分為定向倒塌、折疊倒塌和原地倒塌三種方式［12］。定向倒塌具有施工簡便、風(fēng)險(xiǎn)小等優(yōu)點(diǎn)，一直是結(jié)構(gòu)爆破拆除采用的主要倒塌方式［13］。近年來，隨著爆破拆除技術(shù)的發(fā)展和建筑物倒塌空間的限制，折疊倒塌、原地倒塌以及各種混合爆破拆除技術(shù)得到了廣泛發(fā)展。臨沂市公路局辦公大樓［14］，上海長征醫(yī)院16層病房大樓［15］，廣州造紙廠100m高鋼筋混凝土煙囪等建筑結(jié)構(gòu)均采用了折疊倒塌方式；上海地區(qū)的16層框剪結(jié)構(gòu)倉儲大樓則采用原地倒塌方式成功拆除［16］?！　‰S著城市生活空間的日益狹小，建筑結(jié)構(gòu)朝著高層空間發(fā)展，剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-筒體組合結(jié)構(gòu)等各種結(jié)構(gòu)體系被廣泛地應(yīng)用到高層及超高層結(jié)構(gòu)中去，這些結(jié)構(gòu)低則幾十米，高則數(shù)百米。對于此類復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)的爆破拆除，主要采用結(jié)構(gòu)預(yù)拆除處理與綜合使用各種倒塌方式。例如，沈陽市東北汽配城，建筑面積4.67萬m2，地處繁華商業(yè)區(qū)，利用結(jié)構(gòu)的伸縮縫，采用預(yù)拆除技術(shù)，將結(jié)構(gòu)切分為五個(gè)區(qū)，分別采用了定向倒塌、折疊倒塌和原地倒塌方式進(jìn)行了爆破拆除［17］。再如，上海市四平大樓14層，高41.4m，面積1.7226萬m2，結(jié)構(gòu)呈四折形，在利用結(jié)構(gòu)原有的兩條伸縮縫的基礎(chǔ)上，沿結(jié)構(gòu)拐角處又新開了一條切割縫，把結(jié)構(gòu)劃分為四個(gè)獨(dú)立的單元，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)分別向四個(gè)方向上的定向倒塌［18］?！　。?）爆破拆除工程中科技創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)。新技術(shù)、新工藝和新器材的應(yīng)用不僅有力地保證了爆破安全，也促進(jìn)了拆除爆破技術(shù)水平的提高。城市復(fù)雜環(huán)境下拆除工程或重要拆除項(xiàng)目的實(shí)施，一般都有爆破地震及其他危害效應(yīng)監(jiān)測。　　為了減少爆破拆除過程對周圍建筑的地震效應(yīng)，在圍堰拆除中已經(jīng)出現(xiàn)使用高精度電子雷管改善降震效果的工程實(shí)例［19］，河南鄭州亞細(xì)亞大酒店爆破拆除也是使用數(shù)碼電子雷管進(jìn)行拆除爆破的有益嘗試。爆破拆除的降塵問題近年來已取得突破性進(jìn)展，山東省青島市繁華香港中路青島遠(yuǎn)洋賓館爆破拆除工程［20］中，近50m高的建筑主體被分成東、西兩段，在5萬m3“活性泡沫”浸沒下呈“Y”形放射狀雙向折疊倒塌。使用“活性霧”的方式包圍揚(yáng)塵，用“活性泡沫”浸沒塌落的建筑，并搭建屏蔽墻對周圍進(jìn)行全方位的保護(hù)，使除塵技術(shù)達(dá)到國際環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。位于風(fēng)景勝地筆架山邊錦州港舊糧倉拆除［21］是國內(nèi)首例以仿真技術(shù)領(lǐng)先奪標(biāo)的筒倉群爆破拆除工程，爆破實(shí)踐表明，采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)可在爆破前對建筑物倒塌過程進(jìn)行仿真，提前干預(yù)爆破方案設(shè)計(jì)、優(yōu)化參數(shù)，從而可以最大可能地保證施工安全?！　∫酝藗冎饕ㄟ^經(jīng)驗(yàn)公式和定性分析進(jìn)行建筑物爆破設(shè)計(jì)。由于這些經(jīng)驗(yàn)公式都是由若干次爆破試驗(yàn)和實(shí)踐總結(jié)出來的，不能全面地反映爆破拆除建筑物的實(shí)質(zhì)，而且參數(shù)選取范圍往往過于寬泛，需要有專家的經(jīng)驗(yàn)和判斷才能作出正確選擇。自爆破拆除技術(shù)在我國廣泛使用以來，面對各種不同的拆除對象，爆破拆除技術(shù)取得了很大的發(fā)展，但近年來出現(xiàn)的一些爆破拆除事故不斷告誡我們爆破拆除技術(shù)遠(yuǎn)沒有達(dá)到萬無一失的水平。例如，寶鋼煙囪爆破拆除時(shí)，實(shí)際倒塌方向較設(shè)計(jì)方向偏20°，一些生產(chǎn)用的輸氣輸油管道損壞，造成部分車間停產(chǎn)、一人受傷［22］等后果；深圳漁農(nóng)村16棟居民樓爆破時(shí)，一棟樓沒有徹底倒塌［23］；西寧一棟樓房連爆兩次未倒；石家莊還出現(xiàn)過定向爆破樓房發(fā)生反方向倒塌意外等事故。所有這些在復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除領(lǐng)域發(fā)生的工程爆破隱患與事故，警示人們必須重視并加強(qiáng)對建筑結(jié)構(gòu)爆破失穩(wěn)、運(yùn)動(dòng)、破壞等動(dòng)力學(xué)行為以及相關(guān)領(lǐng)域的研究與新技術(shù)開發(fā)，提高爆破拆除的可預(yù)見性。　　目前，我國的爆破拆除主要還是憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，相應(yīng)的理論研究發(fā)展較為緩慢，理論嚴(yán)重滯后于實(shí)踐；隨著城市化進(jìn)程的加快，城市空間變得日益狹小，對建筑結(jié)構(gòu)的倒塌范圍提出了更加苛刻的要求；隨著高層結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展以及人們對結(jié)構(gòu)功能上的需求，各種新型結(jié)構(gòu)體系不斷出現(xiàn)，都為城市建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除提出了新的挑戰(zhàn)，對爆破拆除研究提出了更加迫切的要求。采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對爆破拆除過程進(jìn)行系統(tǒng)分析，可以從全新的途徑獲得此問題的滿意解答。　　計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得對鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)的倒塌過程數(shù)值模擬已經(jīng)成為可能。在硬件方面，隨著計(jì)算機(jī)中央處理器封裝技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算能力大大提高；在軟件方面，并行計(jì)算技術(shù)［24］已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到數(shù)值模擬軟件中去，越來越多的數(shù)值模擬軟件實(shí)現(xiàn)了多臺計(jì)算機(jī)并行計(jì)算。在多機(jī)多處理器的計(jì)算環(huán)境下，可以完成百萬單元，具有上千萬個(gè)自由度的模型計(jì)算。　　綜上所述，加快鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)控制爆破拆除理論的研究已經(jīng)是一個(gè)十分緊迫的課題。隨著觀測技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以及人們對安全關(guān)注程度的增高和越來越嚴(yán)格的安全與環(huán)保法規(guī)的出臺，拆除爆破必須走出過分依賴經(jīng)驗(yàn)的老路，借助現(xiàn)代先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)，必將迎來拆除爆破技術(shù)發(fā)展的新局面?！　?.2建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除技術(shù)研究建筑結(jié)構(gòu)拆除爆破的實(shí)施與需要達(dá)到的特定效果和常規(guī)爆破有所不同，作用機(jī)理涉及諸如爆炸力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)以及工程結(jié)構(gòu)學(xué)等學(xué)科的理論。爆破拆除的基本原理是，將少量炸藥埋置于結(jié)構(gòu)支撐和連接的關(guān)鍵部位，局部爆炸使結(jié)構(gòu)的整體性受到破壞，穩(wěn)定性喪失，在結(jié)構(gòu)自重作用產(chǎn)生傾倒和在塌落過程中肢解與破碎解體。由于建筑結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)、幾何特征和承受載荷情況各異，拆除爆破必須充分了解結(jié)構(gòu)物構(gòu)件和整體特征，受力狀況和穩(wěn)定條件，并按一定順序起爆，才能實(shí)現(xiàn)安全可靠地控制結(jié)構(gòu)爆破失穩(wěn)、定位倒塌解體的目的?！　∧壳埃鸪萍夹g(shù)已達(dá)到能有效地控制拆除物的倒塌方向、解體狀況、破碎程度以及飛石、震動(dòng)和噪聲等副作用對周圍環(huán)境影響的水平。因而爆破作業(yè)范圍可以安全地在城鎮(zhèn)鬧市區(qū)進(jìn)行，甚至可以在建筑物內(nèi)部等各種復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行?！　”撇鸪龑ο罂梢苑譃榻ㄖ锖蜆?gòu)筑物兩種：建筑物統(tǒng)稱為建筑，一般指供人們進(jìn)行生產(chǎn)、生活或其他活動(dòng)的房屋或場所，如工業(yè)建筑、民用建筑、農(nóng)業(yè)建筑和園林建筑等；構(gòu)筑物一般指人們不直接在內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)和生活活動(dòng)的場所，如水塔、煙囪、棧橋、堤壩、蓄水池等。　　1.2.1建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除技術(shù)特征概括起來，爆破拆除技術(shù)就是根據(jù)工程要求、周圍環(huán)境和拆除對象等具體條件，通過精心設(shè)計(jì)，采用爆破與防護(hù)技術(shù)措施，嚴(yán)格地控制炸藥爆炸能量釋放和介質(zhì)破碎過程，達(dá)到預(yù)期的爆破效果，將破壞范圍、倒塌方向以及爆破危害（地震波、飛石、空氣沖擊波和噪聲等）嚴(yán)格控制在規(guī)定的限度以內(nèi)的一種控制爆破技術(shù)?！　〗ㄖY(jié)構(gòu)拆除爆破具有爆區(qū)附近的環(huán)境復(fù)雜、爆破拆除的對象結(jié)構(gòu)多樣等特點(diǎn)，而且對爆破技術(shù)的要求非常嚴(yán)格。根據(jù)爆破對象的特點(diǎn)及所采取的拆除方法，可將拆除爆破技術(shù)歸納為以下幾種類型?！　。?）煙囪水塔類高聳建筑物拆除技術(shù)。拆除方法主要是利用這種高聳建筑物重心高、長細(xì)比大等特點(diǎn)，采取爆破切口致使失穩(wěn)倒塌的方法。切口炸毀用淺眼爆破方法?！　。?）房屋類建筑物拆除技術(shù)。包括磚混結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的樓房、廠房類建筑物，拆除方法主要是利用結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、解體和倒塌原理，一般使用淺眼爆破?！　。?）大型混凝土基礎(chǔ)和鋼筋混凝土塊體的切割與解體。常見的有各種廠房內(nèi)的機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)，各種建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，包括橋墩、碼頭、樁基和地坪，如混凝土路面、地坪、飛機(jī)跑道和飛機(jī)場等的拆除。常用松動(dòng)破碎、靜態(tài)破碎等拆除方法?！　。?）罐體類建筑物爆破拆除技術(shù)。這種薄壁結(jié)構(gòu)物可以儲水，有利于使用水壓爆破技術(shù)拆除?！　。?）金屬結(jié)構(gòu)物的拆除。例如，橋梁、船舶、鋼柱、鋼管、鋼錠、各種技術(shù)鑄件以及各種金屬結(jié)構(gòu)物的拆除。常用爆炸切割等特種爆破方法?！　?shí)現(xiàn)控制爆破的關(guān)鍵在于控制爆破規(guī)模和藥包質(zhì)量的計(jì)算與炮孔位置的安排，以及有效的安全防護(hù)手段。對于拆除建筑結(jié)構(gòu)來說，爆破方法并不是唯一的手段，近年來機(jī)械化拆除技術(shù)發(fā)展很快，靜態(tài)膨脹破碎劑在有些特定條件下也可用于拆除工程。但是對于高大鋼筋混凝土建筑物，爆破方法仍是最安全和最迅速的手段?！　〔鸪圃O(shè)計(jì)基于結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞和松動(dòng)爆破原理。失穩(wěn)破壞原理即利用爆破作用破壞建筑結(jié)構(gòu)的承重部位，使之失去承載能力，建筑結(jié)構(gòu)在自身重力作用下，沿設(shè)計(jì)方向傾倒或坍塌；伴隨著倒塌過程，建筑結(jié)構(gòu)各部分相互擠壓、剪切，最后撞擊地面而破壞。失穩(wěn)部位的爆破一般要達(dá)到介質(zhì)破碎、疏松，部分碎塊飛散（或逸出鋼筋籠）的效果。在拆除爆破中，煙囪、水塔、框架及磚混結(jié)構(gòu)等高大建筑結(jié)構(gòu)的整體拆除時(shí)主要利用的就是失穩(wěn)破壞原理。松動(dòng)爆破原理，則是利用炮眼將炸藥均勻地裝填到拆除物內(nèi)部，依靠群藥包的共同作用使拆除物疏松、破碎或解體。松動(dòng)爆破原理適用于基礎(chǔ)拆除爆破。松動(dòng)爆破原理和失穩(wěn)破壞原理的區(qū)別在于，松動(dòng)爆破是在拆除物的整個(gè)范圍內(nèi)均勻布置藥包，利用群藥包的共同作用破壞介質(zhì)，達(dá)到滿足清理要求的爆破塊度。失穩(wěn)破壞是在建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位實(shí)施爆破，使其失穩(wěn)倒塌，依靠建筑結(jié)構(gòu)倒塌過程中的重力作用和觸地撞擊作用來破壞結(jié)構(gòu)。　　1.2.2國外有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除研究簡介國外拆除研究主要集中在高層建筑物的爆破拆除方面，在研究過程中，大多采用了精良的技術(shù)設(shè)備和先進(jìn)的數(shù)學(xué)力學(xué)描述方法。瑞典人ConnySjober等利用高速攝影機(jī)和數(shù)字化儀對高層建筑物拆除爆破的倒塌過程進(jìn)行了研究，并通過計(jì)算機(jī)計(jì)算出結(jié)構(gòu)的勢能、動(dòng)能、建筑物切口上部反作用力和塌落荷載等［24］。德國魯爾大學(xué)的Stangenberg等為了建造煙囪爆破拆除的專家系統(tǒng)，進(jìn)行了鋼筋混凝土煙囪的爆破拆除試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算研究［2］，德國Melze博士主要研究了漢堡高層建筑物拆除爆破時(shí)倒塌觸地震動(dòng)的傳播和對周圍建筑物的影響情況。日本在建筑結(jié)構(gòu)拆除研究方面，除靜態(tài)破碎和機(jī)械拆除成果顯赫，爆破拆除研究也有一定影響。全日本炸藥安全聯(lián)合會專門成立了一個(gè)委員會，研究拆除爆破的防護(hù)材料和飛石飛行特征。為了對建筑物倒塌過程進(jìn)行數(shù)值模擬，學(xué)者們不僅進(jìn)行了廣泛的試驗(yàn)研究和現(xiàn)場研究，而且將一些先進(jìn)的數(shù)學(xué)、力學(xué)方法引入到研究中，如N．Tosaka等應(yīng)用了直接剛度法和變剛度技術(shù)［25］，馬貴臣等采用了不連續(xù)變形分析DDA法；另外，還有人提出了用有限單元數(shù)值法或離散單元模型模擬拆除爆破的倒塌過程?！　‰S著爆破機(jī)理、施工技術(shù)、爆破器材等方面的研究突破和進(jìn)步，國外從20世紀(jì)六七十年代起已將控制爆破技術(shù)用于拆除高達(dá)數(shù)十層的框架結(jié)構(gòu)大樓及其他如煙囪、水塔等高聳構(gòu)筑物。1975年，美國的一家控制爆破公司采用控爆技術(shù)，在巴西圣保羅市的繁華商業(yè)區(qū)內(nèi)，成功爆破了一座32層的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)大樓，周圍建筑、人員安然無恙；1981年，英國某煙囪公司利用控制爆破技術(shù)在南非拆除了一座底部直徑24m，36m以下壁厚0.96m，36m以上厚0.36m、高270m的煙囪。當(dāng)然，在工程中也有一些失敗的例子，如1981年在南非共和國，鄰近某發(fā)電廠廠房采用“原地坍塌”方式爆破拆除一座高大煙囪時(shí)，在煙囪垂直坍落過程中，其未坍毀部分突然傾斜倒塌，結(jié)果砸毀了發(fā)電廠的廠房和設(shè)備，造成了數(shù)百萬美元的損失?！　　?/pre>








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