楊 輝，袁翊碩，柴亞博，羅 寧，董紀(jì)偉

(1.安徽雷鳴爆破工程有限責(zé)任公司，安徽 淮北 235030； 2. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與土木工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，在城市的整體發(fā)展升級(jí)改造中，部分高聳建筑物，需要對(duì)其進(jìn)行拆除，這類(lèi)高聳建筑物以高度大為特點(diǎn)，當(dāng)其處于復(fù)雜環(huán)境中，采取定向拆除爆破方案往往能達(dá)到良好的效果。早在1983年，中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所利用定向控制爆破拆除的方法成功拆除了一座鋼筋混凝土煙囪[1]。鄭桂初等[2]采用根部開(kāi)設(shè)正梯形爆破切口的定向控制爆破技術(shù)對(duì) 180 m 高鋼筋混凝土煙囪予以拆除，拆除爆破工作安全、可靠，達(dá)到預(yù)期目的。焦江南等[3]對(duì)180 m高混凝土煙囪制定了分2 次定向爆破的方案，順利完成了煙囪爆破拆除工程，并達(dá)到了預(yù)期的爆破效果，驗(yàn)證了高聳建筑物分次拆除爆破的可行性。通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，能更好的為煙囪定向拆除爆破方案的制定提供有效的幫助，洪衛(wèi)良等[4]為了研究矩形切口對(duì)高聳煙囪定向爆破精準(zhǔn)性的影響，通過(guò)理論計(jì)算和采用有限元分析軟件ABAQUS數(shù)值模擬，并對(duì)爆破過(guò)程和爆后效果進(jìn)行了分析, 對(duì)工程實(shí)踐具有一定的指導(dǎo)意義。本次拆除采用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA對(duì)煙囪定向倒塌過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，為拆除爆破方案設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)性意見(jiàn)。

1 工程概況

1.1 工程周邊環(huán)境

該180 m 高鋼筋混凝土煙囪位于宿州市第二熱電有限公司廠(chǎng)區(qū)內(nèi)，為響應(yīng)國(guó)家“上大壓小、節(jié)能減排”政策號(hào)召，需將其拆除。煙囪周邊環(huán)境復(fù)雜(見(jiàn)圖1)，東側(cè)72 m處為保留廠(chǎng)房，115 m處為保留煙囪；東南側(cè)26 m處為距離架空管廊最近處；南側(cè)25 m處為配電間，40 m處有一氨站；西側(cè)90 m處為煤場(chǎng)；西北側(cè)132 m處為辦公樓,172 m處為警衛(wèi)室；西南側(cè)21 m處為化學(xué)樓及煤棚，72 m處為兩個(gè)圓形水池及廠(chǎng)房；北側(cè)168 m處為草坪圍欄，278 m處為職工食堂。

圖1 周邊工況環(huán)境

1.2 煙囪結(jié)構(gòu)參數(shù)

該煙囪高180 m，筒身采用標(biāo)號(hào)C30的混凝土澆筑而成。底部、頂部外徑分別為16.6、5.8 m，底部、頂部壁厚分別為460、180 mm。在0標(biāo)高處煙囪的底部南、北方向各有1個(gè)1.5 m×2.5 m的門(mén)洞，其外徑16.6 m、壁厚460 mm，無(wú)隔熱層和內(nèi)襯；煙囪8.1～13.7 m標(biāo)高處東、西方向各有1個(gè)3.98 m×5.6 m的煙道口，其外徑15.2 m、壁厚460 mm，隔熱層厚度為100 mm，內(nèi)襯厚度為240 mm；0～8.0 m標(biāo)高處煙囪內(nèi)部中間有4個(gè)橫斷面為500 mm×500 mm井字梁支撐上部出灰平臺(tái)，下部為鋼制灰斗，井字梁放在筒壁的牛腿上；出灰平臺(tái)直徑為14.106 m，厚1 m。筒壁體積1 654 m3，隔熱層體積495 m3，內(nèi)襯體積677 m3。煙囪鋼筋重128.5 t，煙囪總質(zhì)量約6 959 t，重心高度為75 m。

1.3 工程特點(diǎn)、難點(diǎn)分析

1)煙囪高度大，勢(shì)能大，傾倒后對(duì)地面沖量大。

2)待爆破目標(biāo)位于廠(chǎng)區(qū)內(nèi)，煙囪周?chē)?構(gòu))筑物比較多、重要電氣關(guān)鍵設(shè)備、設(shè)施等需要保護(hù)，需要保護(hù)的目標(biāo)很多且距離待拆除煙囪較近，對(duì)于拆除爆破引起的振動(dòng)、爆破導(dǎo)致的飛石等有害效應(yīng)有效控制要求高。

3)爆破規(guī)模大、時(shí)間短、任務(wù)重，對(duì)爆破施工組織要求高。

2 爆破方案設(shè)計(jì)

2.1 總體方案

根據(jù)實(shí)地考察煙囪周邊環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，對(duì)煙囪的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，嚴(yán)格按照“優(yōu)化爆破切口尺寸、有效破斷鋼筋、多打有效孔、少裝藥、適度破壞”的總體設(shè)計(jì)原則和思想，確定采用孔內(nèi)和孔外精準(zhǔn)毫秒延時(shí)起爆技術(shù)實(shí)現(xiàn)定向拆除爆破，并合理控制爆破振動(dòng)和飛石對(duì)周邊環(huán)境的影響，同時(shí)鋪設(shè)緩沖層減小煙囪觸地振動(dòng)。本次采用0.5 m標(biāo)高處開(kāi)爆破切口正西方向定向倒塌爆破方案。

2.2 預(yù)處理

氨站需在爆前關(guān)閉使用，防護(hù)飛石，設(shè)搶修應(yīng)急并關(guān)閉架空管道；對(duì)倒塌方向72 m 處的2個(gè)圓形水池建筑，需要機(jī)械預(yù)拆除，滿(mǎn)足倒塌空間；在辦公樓前樓南側(cè)、北側(cè)職工食堂東側(cè)和倒塌方向前部開(kāi)挖減振溝；對(duì)化學(xué)樓、廠(chǎng)房、配電間、架空管廊進(jìn)行搭設(shè)排架，并用竹笆對(duì)其門(mén)窗等部位進(jìn)行防護(hù)。

2.3 爆破切口

2.3.1 設(shè)計(jì)原則

煙囪為高徑比較小的薄壁圓筒形結(jié)構(gòu)。爆破切口大小、高低、位置是決定煙囪是否能夠按預(yù)定設(shè)計(jì)方案順利倒塌的關(guān)鍵參數(shù)依據(jù)，嚴(yán)格遵循如下設(shè)計(jì)原則：①適當(dāng)降低爆破切口位置高度，盡量避免高空環(huán)境作業(yè)，設(shè)計(jì)切口高度值應(yīng)滿(mǎn)足筒體倒塌失穩(wěn)要求；②切口參數(shù)尺寸應(yīng)滿(mǎn)足筒體結(jié)構(gòu)本身爆破后能按設(shè)計(jì)方向坍塌；③切口部位余留截面，應(yīng)具有一定的抗壓強(qiáng)度，保證定向傾倒；④切口設(shè)計(jì)必須保證爆破后煙囪筒體全部落地，即向倒塌方向坍塌，使爆堆低，利于爆碴清除；⑤切口范圍內(nèi)預(yù)拆除量較大，且能創(chuàng)造良好的臨空面和防護(hù)條件，有利于控制飛石的產(chǎn)生，保證周?chē)ㄖ陌踩?/p>

2.3.2 切口形狀

煙囪筒體結(jié)構(gòu)爆破切口形式多樣，根據(jù)該煙囪筒體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，最終設(shè)計(jì)成類(lèi)似正梯形結(jié)構(gòu)的切口，切口兩邊開(kāi)定向窗，鑒于實(shí)際施工可行性[5]，沿傾倒中心線(xiàn)開(kāi)鑿導(dǎo)向窗(見(jiàn)圖2)。

圖2 爆破切口

2.3.3 切口參數(shù)校核

1)切口長(zhǎng)度。依據(jù)煙囪結(jié)構(gòu)抗壓不抗彎的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，長(zhǎng)度參數(shù)該處取周長(zhǎng)的3/5，確定切口長(zhǎng)度參數(shù)依據(jù)如下式[6]：

L=(3/5)πD

(1)

式中：L為該煙囪爆破切口弧長(zhǎng)，m；D為其爆破切口處外徑，m。

根據(jù)式(1)校核獲得切口長(zhǎng)度為31.27 m。

2)切口高度。爆破切口的高度H是拆除爆破煙囪的關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)于鋼筋混凝土煙囪來(lái)說(shuō)，應(yīng)先考慮爆破切口形成后，爆破切口處豎向裸露的鋼筋必須導(dǎo)致失穩(wěn)。與此同時(shí)，該拆除煙囪擬傾倒較大角度的時(shí)候，爆破切口的上下沿閉合后再相撞，以防止相互碰撞時(shí)筒體結(jié)構(gòu)沿著預(yù)定傾倒方向發(fā)生偏離。爆破切口高度值H可由下式計(jì)算確定[7]：

H=(1/6～1/4)D

(2)

式中：H為爆破切口高度，m；D為爆破切口處外徑，m。

一般筒體結(jié)構(gòu)煙囪的爆破切口部分由兩部分組成，即爆破切口區(qū)和導(dǎo)向窗切口區(qū)。這樣爆破拆除時(shí)能夠達(dá)到較好的定向解體效果，又能節(jié)省人力財(cái)力。根據(jù)公式計(jì)算，煙囪爆破切口高度最終取4.5 m，一般選取較大的爆破切口值，這將有利于切口部分混凝土爆破后脫離鋼筋，有利于防止阻礙傾倒鉸支座順利形成[8]，以爆破傾倒中心線(xiàn)為中軸，利用機(jī)械開(kāi)鑿寬3.98 m、高7.6 m的導(dǎo)向窗(和西側(cè)煙道連通)。

對(duì)應(yīng)圓心角為216°，爆破切口弧長(zhǎng)為31.27 m。切口自0.5m 標(biāo)高處筒壁起，采用正梯形切口。預(yù)處理切口長(zhǎng)度為31.27 m，保留支撐板塊弧長(zhǎng)20.85 m。定向窗寬3 m，高1.75 m，角度為30°。

2.3.4 爆破切口預(yù)處理

煙囪切口預(yù)處理是一項(xiàng)十分重要的工作。結(jié)合煙囪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、爆破切口長(zhǎng)度[8-9]，合理設(shè)計(jì)減少爆破打孔數(shù)量，優(yōu)化并降低炸藥總使用量，并保證該煙囪按照設(shè)計(jì)要求倒塌。

1)預(yù)處理方法。①采用液壓破碎錘開(kāi)鑿切口范圍內(nèi)的定向窗、導(dǎo)向窗，各尺寸見(jiàn)預(yù)處理開(kāi)鑿尺寸如表1所示。②機(jī)械拆除煙囪內(nèi)部的出灰平臺(tái)及漏斗積灰、出灰平臺(tái)的井字梁等內(nèi)部預(yù)制構(gòu)件。破碎傾倒中心線(xiàn)導(dǎo)向窗后，從該處進(jìn)入煙囪內(nèi)進(jìn)行機(jī)械拆除。出灰平臺(tái)約1 m厚，如機(jī)械處理不便，可在試爆時(shí)采用弱松動(dòng)爆破方式處理，并割斷鋼筋。③將外部爬梯拆除至13.70 m標(biāo)高，并割斷避雷線(xiàn)。④定向窗輪廓采用水鉆取芯方法，再用風(fēng)鎬、手錘修鑿到設(shè)計(jì)尺寸，確保兩側(cè)定向窗在同一高程，窗內(nèi)鋼筋全部割掉。⑤倒塌方向上的房屋、圍墻、欄桿、樹(shù)木、路燈及旁邊較近的監(jiān)控儀器等需要業(yè)主提前拆除。上述各項(xiàng)預(yù)拆除工作需在完成鉆孔作業(yè)后，爆破前實(shí)施。

表1 切口預(yù)處理尺寸

2)預(yù)處理后安全性校核。為保證該煙囪能夠按照預(yù)定方向傾倒并且不發(fā)生后坐現(xiàn)象，安全預(yù)留筒體截面受拉力部分σmax≥[σt]，受壓力部分σpmax<[σp]。拆除爆破切口形成后，導(dǎo)致煙囪整體結(jié)構(gòu)向前傾產(chǎn)生的壓應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼筋材料本身的抗壓屈服極限，因此僅僅需要對(duì)煙囪預(yù)留截面的支撐結(jié)構(gòu)能力進(jìn)行安全校核便可以滿(mǎn)足要求。預(yù)留截面抗壓能力校核計(jì)算公式為

(3)

(4)

式中：m為煙囪質(zhì)量，6 959 t；g為重力加速度，9.8 m/s2；S為余留截面面積，m2；R為煙囪外半徑，8.30 m；r為煙囪內(nèi)半徑，7.84 m；β為煙囪開(kāi)口角，216°。

計(jì)算得出S=9.32 m2，σp=7.32 MPa≤[σp]。 因此預(yù)處理后，余留支撐體強(qiáng)度應(yīng)足以支撐上部筒體的重量，煙囪切口處不會(huì)下坐。

2.4 爆破參數(shù)及裝藥量設(shè)計(jì)

2.4.1 爆破參數(shù)

根據(jù)炮孔參數(shù)設(shè)計(jì)原則：炮孔深度L=(0.6～0.85)δ=0.276～0.391 m，取0.34 m；最小抵抗線(xiàn)W=H-δ=0.46-0.34=0.12 m；δ為切口處筒壁厚度，0.46 m；孔距a=0.35 m；排距b=0.35 m；炸藥單耗q=1.6～3.3 kg/m3。

2.4.2 裝藥量

孔徑40 mm，單孔藥量按下式計(jì)算[10]：

Q=qabδ

(5)

式中：Q為單孔裝藥量，kg；q為單位體積炸藥消耗量,取1.6～3.3 kg/m3；a、b為孔排距，0.35 m；δ為壁厚取0.46 m。根據(jù)式(1)計(jì)算，單孔裝藥量為0.090～0.186 kg。

總裝藥量計(jì)算，根據(jù)爆破切口設(shè)計(jì)，需鉆孔面積約為88 m2，需爆破鉆孔數(shù)為719個(gè)，裝藥量為719×(0.090～0.186)=64.7～133.7 kg。

爆破器材計(jì)劃用量：φ32乳化炸藥6箱， MS3雷管670發(fā)，MS5雷管590發(fā)，MS7雷管330發(fā)，導(dǎo)爆管1 000 m。

2.5 起爆網(wǎng)路

為有效控制單次最大起爆裝藥量，減小爆破振動(dòng)給周邊環(huán)境造成影響，采用并設(shè)計(jì)孔內(nèi)延時(shí)、孔外接力的復(fù)式閉合雙回路起爆技術(shù)。煙囪由傾倒中心線(xiàn)開(kāi)始，將整個(gè)切口分為3個(gè)爆破區(qū)域，1區(qū)(孔內(nèi)采用MS3雷管)、2區(qū)(孔內(nèi)采用MS5雷管)、3區(qū)(孔內(nèi)采用MS7雷管)?？淄獠捎秒p發(fā)MS3雷管捆扎。爆破網(wǎng)路分區(qū)和爆破網(wǎng)路連接如圖3所示。

圖3 起爆網(wǎng)路

3 爆破振動(dòng)與安全措施

3.1 爆破振動(dòng)控制

為了避免炸藥爆炸能量釋放不對(duì)稱(chēng)性，依據(jù)多打孔、少裝藥和合理延時(shí)起爆，促使爆破能量均衡釋放、爆炸荷載分布均勻，減少單段最大藥量。

1)爆破振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2014)中規(guī)定各類(lèi)建筑物和構(gòu)筑物所允許的爆破安全振動(dòng)速度[11]，爆破時(shí)在臨近建(構(gòu))筑物設(shè)置測(cè)振點(diǎn)進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)。

2)依據(jù)拆除爆破該180 m煙囪的筒體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及需要保護(hù)的周邊目標(biāo)工程概況，精細(xì)計(jì)算、準(zhǔn)確校核單段最大起爆藥量。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度計(jì)算校核如下式[11]：

(6)

式中：Q為單段齊發(fā)最大起爆藥量，kg；R為待保護(hù)目標(biāo)建(構(gòu))筑物到爆點(diǎn)之間的距離，m；v為質(zhì)點(diǎn)允許振動(dòng)速度，cm/s；k為爆破地質(zhì)環(huán)境的系數(shù)，選取100；k′為爆破振動(dòng)衰減系數(shù)值，此工程選取0.3；α為地震波衰減指數(shù)，此工程選取α=1.6。

根據(jù)拆除爆破總體設(shè)計(jì)方案，該超高煙囪拆除爆破單次起爆最大藥量不超過(guò)55 kg。爆破振動(dòng)安全校核計(jì)算如表2所示。

表2 煙囪爆破振動(dòng)安全校核

根據(jù)表2爆破振動(dòng)計(jì)算值，遠(yuǎn)低于爆破安全振動(dòng)速度允許值。爆破振動(dòng)校核結(jié)果表明不會(huì)對(duì)周?chē)?構(gòu))筑物及周邊設(shè)施產(chǎn)生影響，能夠確保周?chē)?構(gòu))筑和關(guān)鍵設(shè)施的安全。

3.2 塌落振動(dòng)控制及防護(hù)措施

3.2.1 塌落振動(dòng)校核

建(構(gòu))筑物爆破后塌落觸地時(shí)，對(duì)地面的沖擊作用較大，一般會(huì)產(chǎn)生塌落振動(dòng)。根據(jù)爆破方案初步確定的技術(shù)參數(shù)，對(duì)塌落振動(dòng)的強(qiáng)度可按下式估算[12]：

(7)

式中：υt為塌落引起的地面振動(dòng)速度，cm/s；m為下落構(gòu)筑物的質(zhì)量，t；g為重力加速度，9.8 m/s2；H為下落構(gòu)筑物的高度，m；σ為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度，一般取10 MPa；R為觀測(cè)點(diǎn)至沖擊地面中心的距離，m；Kt、β為與地質(zhì)條件有關(guān)的衰減參數(shù)，該工程取Kt=3.37～4.09，β=-1.66～-1.80；當(dāng)?shù)孛娌扇⊥跍喜?、壘筑土墻減振措施時(shí)，Kt值是前者的1/4～1/3，即減振70%，這里取Kt=1.01，β=-1.66。

根據(jù)式(7)計(jì)算，煙囪塌落振動(dòng)安全校核結(jié)果如表3所示。

表3 煙囪塌落振動(dòng)安全校核

根據(jù)表3建(構(gòu))筑物塌落振動(dòng)速度計(jì)算值均小于安全振動(dòng)允許速度。校核結(jié)果驗(yàn)證了該煙囪筒體塌落振動(dòng)不會(huì)對(duì)周邊建(構(gòu))筑物和關(guān)鍵設(shè)施產(chǎn)生影響，足以保證周?chē)?構(gòu))筑物和關(guān)鍵設(shè)施的安全。

3.2.2 防護(hù)措施

通過(guò)鋪設(shè)緩沖層減緩?fù)搀w直接沖擊地面的速度，減小倒塌煙囪觸地振動(dòng)效應(yīng)，防止煙囪筒體直接撞擊地面或壓縮筒身下部空氣造成煙囪筒體頂部砸入地面，導(dǎo)致周?chē)嗤?、砂石及雜物飛濺。所選用緩沖介質(zhì)材料為軟黃土、黃沙等，先在擬定倒塌方向70、100、120、140、160、195 m處，堆放寬約3.0 m，長(zhǎng)度方向依次按照25、28、31、33、36、40 m，厚度2～2.5 m的緩沖材料。再將用編織袋裝好的緩沖材料整齊堆放在條狀堆上，最后用防護(hù)網(wǎng)覆蓋在上面?？拐窬彌_層設(shè)計(jì)如圖4所示。同時(shí)在辦公樓前、食堂前方和煙囪前部(觸地點(diǎn)以?xún)?nèi))各挖一條減振溝，其中食堂前長(zhǎng)約20 m、寬1 m、深2 m；辦公樓方向長(zhǎng)約15 m、寬1 m、深2 m；煙囪前部為L(zhǎng)型，總長(zhǎng)約30 m、寬1 m、深2 m。

圖4 減振防護(hù)措施

3.3 其他防護(hù)

對(duì)爆破產(chǎn)生飛石的防護(hù)方法：對(duì)于該煙囪筒體的爆破切口部分，布置2層土工格柵結(jié)構(gòu)、優(yōu)選10層密目安全絲網(wǎng)并對(duì)該部分實(shí)施覆蓋和包裹處理，為了確保高效安全然后再采用雙層六針?lè)罆窬W(wǎng)對(duì)爆破切口部分實(shí)施懸掛式防護(hù)。

對(duì)沖擊波效應(yīng)的安全防護(hù)措施：拆除爆破大多工程中，由于單個(gè)藥包藥量較小，且設(shè)在構(gòu)件內(nèi)部，因此，空氣沖擊波的危害效應(yīng)很小，可以忽略不計(jì)。

對(duì)爆破煙塵的控制措施：爆破前，對(duì)爆破區(qū)域的地面灰塵進(jìn)行清掃，然后在地坪上撒水。

對(duì)爆破噪音的控制措施：爆破噪音主要來(lái)源于炸藥的爆炸聲和結(jié)構(gòu)物倒塌過(guò)程中構(gòu)件之間的撞擊和對(duì)地面的撞擊聲音。在構(gòu)件內(nèi)爆炸，產(chǎn)生的噪音在50 m以外一般不超過(guò)100 dB。本次爆破主要采取以下措施：分散藥包法,多打孔、少裝藥，嚴(yán)格控制單個(gè)藥包的藥量。爆破體近體防護(hù)法在爆破部位采用上述防飛石措施后，也可以有效減低爆破噪音。

4 數(shù)值模擬

采用有限元軟件LS-DYNA進(jìn)行高180 m煙囪的定向倒塌模擬，選用整體式建模方式進(jìn)行煙囪有限元模型1∶1的建立，模型單位制選取為kg-m-s。煙囪和地面單元類(lèi)型分別選取為SOLID164單元和SHELL163單元，爆破切口的形成方式采用定義弱化單元近似代替，地面和煙囪材料模型分別選取為剛性體和理想彈性體，筒體與地面間接觸設(shè)置為*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE面與面自動(dòng)接觸，動(dòng)靜摩擦系數(shù)均設(shè)置為0.4。

4.1 煙囪倒塌模擬過(guò)程

整個(gè)倒塌模擬過(guò)程如圖5所示。爆破切口形成后，在上部筒體重力載荷作用下，余留截面應(yīng)力區(qū)域調(diào)整，短暫處于全面受壓的極限狀態(tài)，中性軸得以形成，余留支撐體外部混凝土受到拉應(yīng)力破壞而脫落和破裂。伴隨中性軸持續(xù)后退，余留截面轉(zhuǎn)變?yōu)槭芾c受壓區(qū)域并存狀態(tài)，受拉和受壓區(qū)域以中心軸為界限關(guān)于傾倒中心線(xiàn)對(duì)稱(chēng)分布。中性軸后移到一定程度之后，余留支撐體外側(cè)裂紋不斷擴(kuò)大直至貫通，筒體內(nèi)鋼筋也將達(dá)到應(yīng)力極限狀態(tài)而發(fā)生拉伸、拉斷等行為，余留截面受壓區(qū)域混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重剪壓破壞而導(dǎo)致筒體的下坐。

圖5 煙囪倒塌模擬過(guò)程

4.2 煙囪倒塌實(shí)際過(guò)程

煙囪傾倒時(shí)間用時(shí)15.5 s，與模擬結(jié)果接近(見(jiàn)圖6)。傾倒過(guò)程中在煙囪1/3至1/2高度的一處截面位置發(fā)生斷裂，模擬結(jié)果與實(shí)際情況接近，均在此高度范圍內(nèi)發(fā)生斷裂現(xiàn)象，這是由于截面內(nèi)拉力、剪力、彎矩等因素綜合作用的結(jié)果, 進(jìn)一步說(shuō)明了模擬對(duì)工程實(shí)踐的指導(dǎo)意義。

圖6 煙囪倒塌過(guò)程

4.3 煙囪頂部節(jié)點(diǎn)位移及速度規(guī)律

4.3.1 煙囪頂部節(jié)點(diǎn)位移規(guī)律

通過(guò)分析該煙囪頂部關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處的位移變化特征規(guī)律，綜合分析校核判斷出該煙囪筒體結(jié)構(gòu)倒塌傾覆過(guò)程中能否發(fā)生較大偏移和導(dǎo)致后坐[14]，合理選取筒體結(jié)構(gòu)頂部某一代表性節(jié)點(diǎn)，利用LS-PREPOST程序?qū)С龇謩e其x方向(傾倒方向)、y方向(垂直方向)位移隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)，并應(yīng)用origin軟件進(jìn)行曲線(xiàn)的繪制，如圖7所示。

圖7 煙囪頂部節(jié)點(diǎn)位移-時(shí)間

由圖7可知，爆破切口形成后的5 s內(nèi)，煙囪水平和垂直方向位移變化較慢，可以認(rèn)為該時(shí)間段是余留支撐體的破壞階段，余留支撐體主要經(jīng)歷了爆破切口形成、中性軸形成、中性軸后退、斷裂微傾4個(gè)階段，筒體傾倒角度非常小，位移也相應(yīng)較小。在5～9 s時(shí)間段內(nèi)，位移變化變大，但仍然相對(duì)較小，主要因?yàn)樵摃r(shí)間段內(nèi)，支撐體的破壞完成后進(jìn)入切口閉合階段，但閉合角度較小。9～15 s內(nèi)位移變化迅速增大，是因?yàn)樵摃r(shí)間段內(nèi)煙囪圍繞新的支點(diǎn)完成定軸轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度及速度迅速增大，位移也相應(yīng)增大。當(dāng)傾倒完成后，煙囪頂部節(jié)點(diǎn)x(水平)方向位移為184.1 m，大于煙囪的高度180 m,這是因?yàn)闊焽鑳A倒過(guò)程中發(fā)生了一定程度的前沖行為。

4.3.2 煙囪頂部節(jié)點(diǎn)速度規(guī)律

在前5 s內(nèi)頂部節(jié)點(diǎn)垂直方向上速度很小(見(jiàn)圖8)，支撐體斷裂為微傾階段主要發(fā)生支撐體的拉壓破壞，但并未有明顯的轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象。5～6 s內(nèi)速度開(kāi)始迅速增大，是因?yàn)闊焽柽M(jìn)入了切口閉合階段，近似認(rèn)為做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，6～9 s內(nèi)豎直方向速度又出現(xiàn)減小的趨勢(shì)，這是由于切口閉合傾倒過(guò)程中，支撐體受到嚴(yán)重拉壓及剪壓破壞而發(fā)生下坐，導(dǎo)致速度迅速減小，可見(jiàn)煙囪的下坐行為發(fā)生在煙囪傾倒的切口閉合階段。9 s后煙囪圍繞新支點(diǎn)進(jìn)行定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，速度迅速增大到最大值26 m/s后觸地減小為0 m/s。

圖8 煙囪頂部節(jié)點(diǎn)垂向速度-時(shí)間

以上數(shù)值模擬結(jié)果共同表明該定向爆破拆除方案設(shè)計(jì)的可行性，爆破效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

1)根據(jù)相關(guān)理論及工程實(shí)際進(jìn)行爆破切口設(shè)計(jì)、爆破參數(shù)選擇以及安全措施的指定，高效地完成了定向爆破拆除。

2)利用數(shù)值模擬計(jì)算與對(duì)實(shí)際工程的重難點(diǎn)分析，確定了0.5 m標(biāo)高處開(kāi)爆破切口正西方向定向倒塌爆破方案，成功地對(duì)煙囪實(shí)施了定向拆除爆破。

3)數(shù)值模擬煙囪倒塌結(jié)果與實(shí)際倒塌過(guò)程二者結(jié)果接近，均在煙囪1/3至1/2高度的一處截面位置發(fā)生斷裂現(xiàn)象，這是由于截面內(nèi)拉力、剪力、彎矩等因素綜合作用的結(jié)果, 進(jìn)一步體現(xiàn)了數(shù)值模擬對(duì)工程實(shí)踐的指導(dǎo)作用。