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關(guān)鍵詞:高聳鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)煙囪;爆破拆除;數(shù)值模擬;本構(gòu)關(guān)系;有限元模型
1.引言
隨著城市化進(jìn)程和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的不斷推進(jìn),在城市建設(shè)和企業(yè)技術(shù)改造中,經(jīng)常要開展煙囪、水塔等廢棄高聳建筑物的控制性拆除爆破工作。拆除爆破既要達(dá)到預(yù)定拆除目的,又必須有效控制爆破振動(dòng)影響、飛石拋擲距離和破壞范圍等,以保障周圍環(huán)境安全[1]。目前,國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用爆破方法拆除高聳建筑物,定向爆破拆除煙囪的高度已達(dá)210米[2]。
本文基于彈塑性力學(xué)和有限元基本理論,針對(duì)一150m高聳鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)煙囪定向爆破拆除工程,對(duì)該煙囪爆破拆除的力學(xué)條件、煙囪爆破傾覆時(shí)間、煙囪爆破傾覆時(shí)的支座內(nèi)力以及煙囪爆破傾覆時(shí)的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行研究,并采用有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA,通過(guò)分離式共節(jié)點(diǎn)建模,建立高聳鋼筋混凝土煙囪有限元模型,對(duì)煙囪爆破拆除過(guò)程進(jìn)行了有限元模擬。
2.爆破拆除方案
煙囪爆破拆除的原理是在煙囪傾倒一側(cè)的煙囪支承筒壁底部炸開一個(gè)爆破缺口,破壞煙囪結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和重心外移,使煙囪在自重作用下形成傾覆力矩,進(jìn)而使煙囪按預(yù)定方向傾倒。若煙囪爆破缺口長(zhǎng)度過(guò)短,上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩可能小于下部支撐結(jié)構(gòu)可以承受的彎矩,爆破時(shí)結(jié)構(gòu)不易發(fā)生破壞;若煙囪爆破缺口尺寸過(guò)長(zhǎng),下部支撐結(jié)構(gòu)不能承受上部結(jié)構(gòu)的自重,上部結(jié)構(gòu)將直接壓塌下部結(jié)構(gòu),影響煙囪倒塌方向,產(chǎn)生嚴(yán)重后果。因此煙囪爆破缺口尺寸對(duì)煙囪控制爆破拆除至關(guān)重要。
某電廠一個(gè)150m高度的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)煙囪,煙囪底部壁厚400mm,外徑為5.83m、內(nèi)徑為5.43m;110m高度處煙囪璧厚為180mm,外徑為3.68m、內(nèi)徑為3.5m;煙囪頂部壁厚200mm,外徑為2.905m、內(nèi)徑為2.705m;煙囪體積為1299.87m3,質(zhì)量為3.37966×106Kg,煙囪自重為33121KN。圖1為該電廠150m高度的鋼筋混凝土煙囪。
在爆破缺口中部長(zhǎng)度7.5m范圍內(nèi),采用137發(fā)瞬發(fā)導(dǎo)爆管雷管,總裝藥量8.22kg;第二段起爆雷管布置在爆破缺口余下的炮孔,采用140發(fā)導(dǎo)爆管毫秒延期雷管,總裝藥量8.4kg。此外,為保證煙囪順利倒塌,在煙囪爆破缺口兩端各開設(shè)了1個(gè)高1.46m、長(zhǎng)4m的三角形作為定向窗。
3.煙囪爆破傾覆時(shí)間歷程
煙囪爆破傾覆時(shí)間是煙囪爆破過(guò)程控制的一個(gè)重要因素,煙囪爆破傾覆時(shí)間可由煙囪傾覆過(guò)程的角加速度ε與煙囪傾覆過(guò)程的角速度求得,即:
在公式(1)中,dt為煙囪爆破傾覆時(shí)間。針對(duì)論文中150m高度的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)煙囪,其爆破傾覆時(shí)間為:
4.煙囪爆破拆除過(guò)程有限元模擬
4.1有限元模型
鑒于鋼筋混凝土煙囪由鋼筋和混凝土兩種不同性能的材料組成,采用分離式共節(jié)點(diǎn)有限元建模,可事先分別計(jì)算混凝土和鋼筋的單元?jiǎng)偠染仃嚕缓蠼y(tǒng)一集成到結(jié)構(gòu)整體剛度矩陣中,可按實(shí)際配筋劃分單元,并可在鋼筋混凝土之間嵌入粘結(jié)單元。因此,論文針對(duì)該150m高度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)煙囪,基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件[11],采用分離式有限元建模方法建立鋼筋混凝土煙囪有限元模型。論文建立的煙囪有限元整體模型如圖3所示。
建模過(guò)程時(shí),為模擬煙囪傾覆過(guò)程,通過(guò)在特定時(shí)間定義爆破缺口處材料失效的方法來(lái)模擬爆破缺口的形成。筒體之間以及筒體與地面之間采用自動(dòng)單面接觸,鋼筋與地面之間采用點(diǎn)面接觸模擬煙囪傾覆觸地。其中在ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件環(huán)境下可通過(guò)在K文件中加入使材料失效的命令流來(lái)模擬爆破形成缺口,并可修改K文件使煙囪筒體和缺口處的材料具有失效準(zhǔn)則功能。
4.2數(shù)值模擬結(jié)果
圖4為煙囪爆破傾覆歷程數(shù)值模擬結(jié)果,圖5為實(shí)際煙囪爆破傾覆歷程圖,圖6和圖7為有限元計(jì)算得到的煙囪頂部、質(zhì)心及缺口等不同部位在爆破傾覆過(guò)程中的位移、運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間的變化曲線,圖8為有限元計(jì)算得到的煙囪爆破傾覆歷程不同時(shí)刻的煙囪等效應(yīng)力場(chǎng)分布圖。
由圖4和圖5可知,煙囪爆破傾覆歷程數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際煙囪爆破傾覆過(guò)程吻合較好。由圖6和圖7可知,計(jì)算得到的煙囪頂部、質(zhì)心及缺口等不同部位在爆破傾覆過(guò)程中的位移、運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間的變化情況較符合實(shí)際。圖7中煙囪頂部、質(zhì)心及缺口部位在爆破傾覆過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間變化出現(xiàn)振動(dòng)是因?yàn)楸苾A覆初期煙囪筒體出現(xiàn)晃動(dòng),圖7中煙囪頂部、質(zhì)心及缺口部位運(yùn)動(dòng)速度在5.8秒出現(xiàn)突變是因?yàn)闊焽璞苾A覆過(guò)程中爆破缺口發(fā)生閉合,圖7中煙囪頂部、質(zhì)心及缺口部位運(yùn)動(dòng)速度在5.8秒出現(xiàn)躍變是因?yàn)闊焽璞苾A覆觸地造成的。
5.結(jié)論
(1)采用數(shù)值模擬方法對(duì)煙囪爆破拆除過(guò)程進(jìn)行模擬分析,可較全面地研究煙囪傾覆歷程、煙囪傾覆歷程的應(yīng)力、位移、煙囪傾覆時(shí)間和速度、煙囪爆破傾覆時(shí)的支座內(nèi)力等,可開展煙囪模擬爆破拆除實(shí)驗(yàn),以指導(dǎo)煙囪爆破拆除設(shè)計(jì)。
(2)采用有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA可模擬煙囪控制爆破拆除過(guò)程,采用分離式共節(jié)點(diǎn)有限元建模方法建模,實(shí)際煙囪傾覆歷程、傾覆方位、傾覆長(zhǎng)度與有限元數(shù)值模擬結(jié)果吻合較好。
(3)論文提出的煙囪爆破傾覆歷程的本構(gòu)關(guān)系符合實(shí)際;論文采用的材料塑性隨動(dòng)硬化模型以及可Cowper-Symonds材料應(yīng)變率模型可較好地反應(yīng)煙囪爆破傾覆過(guò)程的鋼筋及混凝土材料力學(xué)性能。
(4)數(shù)值模擬結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果存在一定差別的主要原因是理論計(jì)算所采用的模型沒有考慮煙囪爆破過(guò)程形成的塑性鉸對(duì)煙囪傾覆運(yùn)動(dòng)的影響作用。數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際煙囪爆破傾覆過(guò)程存在一定差別的主要原因是數(shù)值模擬所用材料參數(shù)與實(shí)際煙囪爆破傾覆過(guò)程材料力學(xué)性能存在偏差。
參考文獻(xiàn)
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論文關(guān)鍵詞:水塔,拆除方法
1.工程概況
1.1工程概況
本工程位于市區(qū)某大院內(nèi),拆除水塔總高為30m,結(jié)構(gòu)為鋼筋砼構(gòu)筑物。拆除的周邊環(huán)境狹小,居民較多,因此安全、快速、高效為本次施工的中心。
2.施工前準(zhǔn)備及主要施工設(shè)備
2.1技術(shù)準(zhǔn)備工作
2.1.1首先熟悉被拆建筑物的周邊環(huán)境,弄清建筑物的結(jié)構(gòu)情況、建筑情況、水電及設(shè)備管道情況。
2.1.2對(duì)施工員進(jìn)行安全技術(shù)交底,加強(qiáng)安全意識(shí)。
2.1.3踏看施工現(xiàn)場(chǎng),熟悉周圍環(huán)境、場(chǎng)地、道路、水電設(shè)備管路、建筑物情況等。
2.2現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備
2.2.1需拆除周邊影響工程施工的建筑物、構(gòu)筑物(包括塔內(nèi)的管子和鐵梯)并清理施工場(chǎng)地,保證運(yùn)輸?shù)缆窌惩ā?/p>
2.2.2搭設(shè)臨時(shí)防護(hù)設(shè)施,避免拆除時(shí)的砂、石、灰塵飛揚(yáng)影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
2.2.3在拆除危險(xiǎn)區(qū)設(shè)置警戒區(qū)標(biāo)志。
2.2.4接引好施工用臨時(shí)電源、水源,現(xiàn)場(chǎng)照明不能使用被拆建筑物內(nèi)的配電設(shè)施,應(yīng)另外敷設(shè)。保證施工時(shí)水電暢通。
2.3機(jī)械材料設(shè)備的準(zhǔn)備
項(xiàng)目
序號(hào)
設(shè)備名稱
數(shù)量(臺(tái))
備注(型號(hào))
1
拖拉機(jī)
2
2
空壓機(jī)
2
3
風(fēng)鎬
一、答辯考核方法:
由專業(yè)組對(duì)申報(bào)者面對(duì)面的答辯考核
二、答辯考核內(nèi)容
(一) 申報(bào)者簡(jiǎn)要介紹基本情況
1、什么時(shí)間畢業(yè)什么學(xué)校、什么專業(yè)及學(xué)制(如:2009年8月畢業(yè)于福大機(jī)械專業(yè)四年制本科)
2、工作經(jīng)歷,什么時(shí)間任工程師和在本專業(yè)工作年限
(如96年畢業(yè)就到省機(jī)電控股公司工作(講重要的幾個(gè)工作地點(diǎn)),2002年8月任工程師,在本專業(yè)已工作了13年)。
3、任現(xiàn)職以來(lái)主要專業(yè)工作業(yè)績(jī)(按簡(jiǎn)明表講重點(diǎn)部分,含獲獎(jiǎng)情況、發(fā)表的論文、專著等){如獨(dú)立完成、主持、參與、負(fù)責(zé)(負(fù)責(zé)研制“豪邁”摩托車柱孔加工專用機(jī)床液壓系統(tǒng)、電氣控制部分的設(shè)計(jì)制作,采用PLC控制,由原來(lái)五道工序改為一道加工工序,提高了精度和生產(chǎn)效率,獲公司科技獎(jiǎng);在機(jī)械雜志上發(fā)表三篇專業(yè)技術(shù)論文)*設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā),解決了什么,實(shí)現(xiàn)了什么,該產(chǎn)品銷售收入利潤(rùn)各獲獎(jiǎng)情況;在***刊物發(fā)表了****文章及獲獎(jiǎng)}。
4、本人代表作的主要內(nèi)容與價(jià)值(講重點(diǎn)、如對(duì)摩托車腳蹬支架和上聯(lián)板行高強(qiáng)度零件,研究應(yīng)用有色金屬液態(tài)技術(shù),提高產(chǎn)品性能、質(zhì)量和精度,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品零件輕量化取得成效)
5、指導(dǎo)下級(jí)專業(yè)人員工作和學(xué)習(xí)(講重點(diǎn),舉例說(shuō)明)
6、 簡(jiǎn)要介紹本專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、本人今后開展本專業(yè)的工作思路、設(shè)想和計(jì)劃(簡(jiǎn)要說(shuō)明如:工程爆破已發(fā)展到調(diào)室爆破、中深孔爆破、隧道掘進(jìn)爆破、城鎮(zhèn)拆除爆破、水下工程爆破等已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。如城鎮(zhèn)拆除爆破,用控制爆破拆除比人工或機(jī)械方法可靠、快速、省工省力。結(jié)合本專業(yè),我認(rèn)為發(fā)展炸藥能量轉(zhuǎn)化過(guò)程精密控制技術(shù),提高炸藥能量利用率。降低有害效應(yīng)是本發(fā)展方向;今后應(yīng)以發(fā)展新型爆破提高控制爆破水平,是爆破安全技術(shù)的發(fā)展方向。)。
時(shí)間不超過(guò)五分鐘
(二)申報(bào)者回答必答題(論文代表作中的問(wèn)題)
具備條件的每人回答兩道問(wèn)題;不具備條件回答三道問(wèn)題
(三)專業(yè)組提問(wèn)
針對(duì)一下問(wèn)題提問(wèn)
1、對(duì)學(xué)歷等基本情況和業(yè)績(jī)、論文有疑問(wèn)的地方進(jìn)行核實(shí)、質(zhì)疑。
2、對(duì)論文的論點(diǎn)、論據(jù)及正確性、科學(xué)性進(jìn)行質(zhì)疑
3、對(duì)獲省部級(jí)以上科技進(jìn)步獎(jiǎng),提問(wèn)在該獲獎(jiǎng)項(xiàng)目中的作用,該成果的技術(shù)水平。
(時(shí)間不超過(guò)15分鐘,破格不超過(guò)20分鐘)
三、答辯考核成績(jī)與評(píng)價(jià)
1、專業(yè)組無(wú)記名投票,按優(yōu)、良、合格、不合格四個(gè)檔次定性。
2、寫出綜合評(píng)價(jià)意見
①根據(jù)申報(bào)者介紹的基本情況、論文、業(yè)績(jī)成果等填報(bào)是否真實(shí)。
②根據(jù)理論知識(shí)是否達(dá)到相應(yīng)高級(jí)工職務(wù)水平