鋼結構爆破拆除技術及其仿真分析初探

時間:2015-9-16 14:14:00 來源:中國建筑機械網 添加人:admin

  爆破鋼結構爆破拆除技術及其仿真分析初探胡文軍(江漢石油學院土木與建筑工程系,湖北荊州434102)鋼結構爆破拆除進行仿真分析,并對鋼結構爆破拆除仿真過程中的-些問題進行討論。

  1研究現狀國內對鋼結構建筑爆破拆除技術和計算機仿真的研究還未見報道,國外也僅有日本對其進行了一些初步研究。日本的小林茂雄等人對鋼結構建筑物的爆破拆除進行了初步研究。研究內容包括構件屈服的必要條件;構件爆破后鋼結構建筑物所能承受的極限荷載;不同爆破缺口倒塌形式的優劣。日本還對鋼柱構件爆破切斷后的軌跡進行了基礎研究,并應用其基礎研究成果對日本某鋼廠高爐進行了爆破拆除。但由于鋼結構建筑的特殊性,必須使用聚能切割技術將鋼結構構件完全切斷;倒塌過程中進一步解體比較困難,因此在開始倒塌之前應盡量將其切割解體。

  爆破2.2鋼結構構件切斷技術聚能切割器是利用在爆轟壓力下聚能(藥形)罩擠出的片狀射流來切割的。藥形罩材料可以用銅、鉛、鋁、鋼、銀等及其合金。只有鉛及其合金能夠用于制造柔性切割索,它用于制造用藥量小,且有彎曲要求的切割索,但它有污染。我國對聚能切割器的研究和制作工藝都比較成熟,對柔性切割索生產技術也己基本掌握,但由于其生產設備的安全問題尚待解決,故暫時無法批量供應。藥形罩可用楔形、半圓形、圓弧形等。常用的裝藥斷面有雙V型、平頂楔形、圓頂楔罩等。常使用雙V型斷面,外殼采用木板外殼。一般爆切金屬所用高猛度炸藥有:Tr(塑性炸藥)、TNT、高能膠質炸藥等。一般選用Tr50/50作為爆切主裝藥。傳爆系列的爆轟要足以使主裝藥完全爆轟,以一發8工業雷管引爆一個鈍化太安或鈍化黑索金壓制而成的傳爆藥柱,傳爆藥柱的爆炸再引發主裝藥爆炸。對于線型聚能裝藥,當聚能切割器采用紫銅罩、90*錐角,在佳裝藥條件下,切割A3鋼靶,切深與罩徑之比為1……13.安裝聚能切割器時,為形成爆破切口應將爆破點鋼柱的上下作為爆破切斷面以“八”字形去除中間一定長度。

  2.3鋼結構構件倒塌過程中的運動軌跡根據對一根鋼柱構件用高速攝影機觀測的結果,呈“八”字形切斷的中間構件段向長邊方向飛出,大致呈水平方向,幾乎沒有旋轉。但其上邊的構件邊旋轉邊向上移動。鋼結構構件倒塌過程中,構件在飛躍及下落時會相互碰撞,直至落地。

  2.4爆破拆除環保問題鋼結構建筑爆破拆除環保問題與普通鋼混建筑類似,存在噪聲、振動、飛塊等問題。

  為解決噪聲問題,可在聚能切割器的周圍加一個木框,在木框里面填充濕沙,以吸收爆破沖擊的噪另外,實施鋼結構建筑爆破拆除時,在安裝多個聚能切割器的情況下,應采用微差起爆的方法,同時起爆的聚能切割器的數目盡量少,這樣既可降低噪聲,又可減少振動。

  鋼結構建筑爆破拆除時的飛塊問題可采取改變爆破切割面角度,降低飛塊速度等辦法。

  3仿真過程的實現3.1DDA方法簡介提出的分析塊體系統運動和變形的一種數值模型,解決塊體系統滿足無侵入和無拉伸條件下的大變形、大位移問題,可用于動力和靜力模擬=(1))的剛體位移;Y是塊體繞轉動中心(X0,)的轉角;ex,Yy是塊體的正應變和剪應變。塊體中任意點(xy)的位移可由變形變量表示:連接的,并靠塊體間的接觸和對單個塊體的位移約束形成一個塊體系統。假定在塊體系統中有n個塊體聯立方程有以下形式:給6個變形變量的荷載;為塊體系統的總剛度矩陣子矩陣與塊體i的材料特性和有關,此處i不等于j,是由塊體i和塊體j之間的接觸所規定的。

  對非連續變形分析,平衡方程式用總勢能小化來建立并直接求解,用力和應力產生的總勢能n的小化來推導。式(4)的第i行由6個線性方程組成:力平衡式;當‘為Y時,(5)式表示塊體i上所有荷載和接觸力的力矩平衡式;當dri為ex,Sy和Yxy時,()式表示塊體i上的所有外力和應力的平衡式。

  總勢能n是所有勢能的總和,即各項應力和力。下面分別計算各項應力和力的勢能以及它們的微分。偏導式(6)是對變形變量dri取導的平衡方不連續變形分析巍是根程式⑴的未的系數。式⑷的所有項形成胡文軍鋼結構爆破拆除技術及其仿真分析初探的子矩陣是方程(4)的子矩陣偏導式(7)是移到方程式右邊后的式(5)的自由項。

  胡文軍。核設施退役爆炸切割中定時起爆器的研制。衡陽工學院學報,19948(2)。

  胡文軍。端面起爆聚能切割射流穿深的估算及實驗。江漢石油學院學報,1996,18(1)。

  石根華。塊體系統不連續變形數值分析新方法石根華。數值流形方法與非連續變形分析。裴覺民譯,北京:清華大學出版社,1997.周學軍。門式剛架輕鋼結構設計與施工。濟南:山東科學技術出版社,2001.

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