陳路陽

(中鐵港航局集團(tuán)有限公司,遼寧大連 510660)

風(fēng)效應(yīng)對爆破拆除煙囪倒塌過程的影響

陳路陽

(中鐵港航局集團(tuán)有限公司,遼寧大連 510660)

爆破拆除煙囪倒塌過程中,控制煙囪的傾倒方向是重中之重,這其中,風(fēng)荷載有著關(guān)鍵性的影響。本文主要分析了風(fēng)荷載中,靜力風(fēng)效應(yīng)、順風(fēng)向效應(yīng)、橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)的影響,并且提出了風(fēng)效應(yīng)選擇條件,希望對爆破拆除煙囪倒塌過程中的風(fēng)效應(yīng)的控制,起到一定的參考作用。

風(fēng)效應(yīng)對 爆破拆除 煙囪倒塌 影響

橫風(fēng)向風(fēng)效應(yīng)、順風(fēng)向風(fēng)效應(yīng)、靜力風(fēng)效應(yīng)是風(fēng)荷載的三種作用。順風(fēng)向風(fēng)效應(yīng)主要是自激振動影響。橫風(fēng)向風(fēng)效應(yīng)主要產(chǎn)生，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)風(fēng)振響應(yīng)、橫風(fēng)向空氣動力失穩(wěn)、橫風(fēng)向旋渦脫落的影響。這其中，橫風(fēng)向風(fēng)效應(yīng)具有周期性和確定性。在風(fēng)效應(yīng)產(chǎn)生轉(zhuǎn)振動響應(yīng)的時(shí)候，因?yàn)槠湫Ч皇呛茱@著，可以不進(jìn)行計(jì)算考慮。

1 靜力風(fēng)效應(yīng)

靜力風(fēng)效應(yīng)主要是通過結(jié)構(gòu)靜力學(xué)開展分析的。靜力風(fēng)效應(yīng)計(jì)算中，因?yàn)闊焽杩癸L(fēng)設(shè)計(jì)僅僅對彈性變形考慮，所以能簡化成截面階段性的懸臂桿。煙囪產(chǎn)生的變形是彎曲變形，中間不存在剛性的橫隔。所以對其模型的的分析，主要是動力連續(xù)化特性分析。氣流在通過煙囪時(shí)導(dǎo)致鈍體繞流，于是煙囪的形狀和尺寸就產(chǎn)生了變化，流體出現(xiàn)相應(yīng)變化。風(fēng)效應(yīng)主要是在煙囪的正面以及側(cè)面和背面產(chǎn)生不相同壓力[1]。并且，盡管在同一面，但是不同高度處實(shí)際的壓力分布也呈現(xiàn)均勻的分布。在地貌和離地面的變化高度出現(xiàn)變化時(shí)，風(fēng)速相應(yīng)產(chǎn)生變化。所以，計(jì)算煙囪的具體風(fēng)壓時(shí)候，不但要考慮結(jié)構(gòu)的體型，還要對離地面高度、地貌地形不同因素進(jìn)行計(jì)算。下面給出相關(guān)因素單位風(fēng)壓的計(jì)算公式：

2 順風(fēng)向效應(yīng)

在煙囪的截面出現(xiàn)高度的規(guī)則變化時(shí)候，煙囪的順風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)在計(jì)算的時(shí)候，僅僅需要把截面煙囪中的順風(fēng)向展開風(fēng)振響應(yīng)核算，部分的煙囪因?yàn)楣δ茉趯?yīng)高度部位附加大質(zhì)量，這種類煙囪的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的截面，沿高度變化實(shí)際是呈現(xiàn)不規(guī)則情況的，僅僅要考慮風(fēng)壓相關(guān)性。平均風(fēng)下，因?yàn)闊焽枋菑椥缘慕Y(jié)構(gòu)，所以煙囪的彎曲響應(yīng)，最好是依照結(jié)構(gòu)力學(xué)進(jìn)行計(jì)算，也能按照振型的分解法開展計(jì)算。等截面的煙囪，在第一振型的曲線最好使用均布荷載的撓曲線進(jìn)行表示[2]?？偟膩碚f，一旦煙囪的截面尺寸出現(xiàn)，伴隨高度的減小情況，煙囪的振型函數(shù)需要進(jìn)行調(diào)整。煙囪沒有截面面積的突變，在確定了其頂部以及底部的迎風(fēng)面實(shí)際寬度之后，振型函數(shù)就能確定了。

3 橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)

結(jié)構(gòu)橫風(fēng)的強(qiáng)迫振動，引起原因有兩個(gè)，第一，橫風(fēng)向風(fēng)紊流和尾部激勵(lì)。前者和后者主要引起的是，結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向振動。此外，煙囪剛心中的質(zhì)心不重合，會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)順風(fēng)向的振動和風(fēng)荷載的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，于是引起煙囪在橫風(fēng)向的振動。這其中，風(fēng)紊流在結(jié)構(gòu)影響方面不大，對其計(jì)算能使用順風(fēng)向動力的響應(yīng)分析方法，展開計(jì)算。應(yīng)用在實(shí)際工程中，尾流激勵(lì)是大部分結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向的振動。圓截面煙囪主要受到周期性干擾力作用。實(shí)驗(yàn)表明，在周期性的干擾力影響下，旋渦的脫落次數(shù)，在某高度處和結(jié)構(gòu)自振頻率靠近。于是產(chǎn)生了大振幅的共振鎖定[3]。結(jié)構(gòu)上位置主要是周期性干擾力作用。在旋渦脫落的頻率變化到和結(jié)構(gòu)自振頻率一致時(shí)，旋渦脫落頻率在固定范圍內(nèi)不變。不出現(xiàn)共振鎖定的現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)大的共振不會被引起。其微小影響，基本上可以忽略。

4 風(fēng)效應(yīng)選擇條件

在高度不低于30m，并且基本的自振周期不小于0．25S的時(shí)候，風(fēng)效應(yīng)對結(jié)構(gòu)振動比較顯著，并且伴隨結(jié)構(gòu)的自振周期逐步延長，風(fēng)壓脈動也需要考慮到在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的影響。需要按照結(jié)構(gòu)隨機(jī)理論開展。當(dāng)高度不大于0．25S的時(shí)候，同高度不大于30m的煙囪，風(fēng)振影響也要考慮進(jìn)去。但是因?yàn)檫@種類型的建筑，一般依照規(guī)定的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以風(fēng)振響應(yīng)的影響不大，可以忽略。在一般煙囪結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)振效應(yīng)估計(jì)的時(shí)候，考慮第一振型就可以了。具體計(jì)算公式為0ωμμβωzsz=

本公式中，zβ是Z高度風(fēng)振系數(shù)。對于橫風(fēng)向風(fēng)振的影響考慮的時(shí)候，主要是對阻尼比、自振頻率、截面形狀面積、高度進(jìn)行考慮。通過借鑒有關(guān)資料和工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算。在建筑高度大于150m的時(shí)候，顯著的橫向風(fēng)振效應(yīng)可以在爆破煙囪的時(shí)候出現(xiàn)，這個(gè)過程中，還受到高寬比和高度影響。扭轉(zhuǎn)風(fēng)荷載，在立面風(fēng)壓的非對稱性中產(chǎn)生著重要作用。并且受到湍流度和截面的形狀影響[4]。所以說，在進(jìn)行扭轉(zhuǎn)風(fēng)振設(shè)計(jì)的時(shí)候，煙囪建筑深寬比、建筑的高度、結(jié)構(gòu)自振頻率都需要考慮進(jìn)來，還要注意質(zhì)量偏心、結(jié)構(gòu)剛度對其產(chǎn)生的效果。

5 結(jié)語

風(fēng)效應(yīng)在爆破拆除煙囪的過程中，有著很大隨機(jī)性和復(fù)雜性，為了保證煙囪倒向了預(yù)定方向，減少卷起的塵土，保證整個(gè)爆破過程當(dāng)中沒有造成人員財(cái)產(chǎn)損失。要對風(fēng)效應(yīng)對爆破的影響進(jìn)行測算，排除安全隱患，保證爆破現(xiàn)場群眾和財(cái)產(chǎn)安全。

[1]Simiu E. Scanlan R H. Wind effects on structures fundamentals and applications to design. The 3rd Edition[R].John Wiley and Sons .New York.1996.

[2]言志信,葉振輝,劉培林,等.鋼筋混凝土高煙囪定向爆破拆除倒塌過程研究.田振動與沖擊,2011,30(9):197-201.

[3]Shi-fu. Research on an 100m high chimney demolished by directional blasting[J].Engineering Blasting,1996,2(3):23-28.

[4]言志信,葉振輝,劉培林,等.鋼筋混凝土高煙囪定向爆破拆除倒塌過程研究.田振動與沖擊,2011,30(9):197-201.