超高钢混烟囱群爆破拆除数值模拟研究与应用

摘要

定向控制爆破是目前钢筋混凝土烟囱拆除中普遍采用的方法，而数值模拟技术以其经济性、可靠性、可重复性等特点正越来越受到工程技术人员的重视。本文的主要研究内容就是以某电厂超高钢筋混凝土烟囱群爆破拆除工程为背景，以ANSYS/LS-DYNA有限元程序为平台，描述并分析爆破作用下钢筋混凝土烟囱的倾倒规律，尤其是预留支撑区的破坏规律，并在数值模拟中实现其空中折断过程，最后从爆破振动灾害控制着眼，研究烟囱触地地震波的规律。
　　本文首先介绍了有限元软件中应用最广泛的ANSYS/LS-DYNA程序，建立了钢筋混凝土烟囱爆破拆除整体式模型的模拟流程，并对其中的关键步骤做了重点说明，以此建立了三座烟囱的有限元模型并顺利倒塌。
　　预留支撑区的破坏规律对烟囱的整个倾倒过程至关重要，在理论分析和观测综述的基础上，对模型对象运动过程中支撑区的局部规律进行了分析研究。模拟发现，支撑区拉压破坏的主导作用将决定中性轴的移动方向，中心区首先受拉破坏，中性轴前移或不移动，切口区的受压破坏则导致中性轴的后移，后者是造成烟囱下坐的主要原因之一。
　　空中折断是高耸烟囱倒塌过程中较为常见的现象，理论计算其最大剪切力在2/3高度，最大弯矩位于1/3高度，钢筋混凝土烟囱主要是受弯折断，但240m烟囱实际倒塌的断裂发生在2/3高度，通过数值模拟重现了240m烟囱的折断过程，模拟结果与实际情况近似，发现受弯拉应力集中在2/3高度处，推测烟囱筒体直径的急剧变化导致最大弯矩位置上移。
　　塌落振动是烟囱爆破拆除中最主要的有害效应，量纲分析和实验归纳可得到塌落振动的经验公式，本文运用数值模拟方法得到了与仪器测量和公式计算相近似的振动数据。此外，模拟研究了减震沟和减震堤在烟囱塌落振动防护中的减震效果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 建(构)筑物爆破拆除数值模拟研究现状

1．3 工程背景概述

1．3．1 研究对象结构

1．3．2 环境情况

1．3．3 爆破方案

1．4 本文的主要研究工作

第二章 钢筋混凝土烟囱爆破拆除有限元模型

2．1 模拟软件的选取

2．1．1 爆破模拟常用软件

2．1．2 ANSYS／LS-DYNA有限元程序简介

2．2 计算模型的选择

2．3 钢筋混凝土烟囱爆破拆除有限元模型的建立

2．3．1 基本假设

2．3．2 有限元模型建立过程

2．4 本章小结

第三章 烟囱倾倒和预留支撑区破坏的数值模拟研究

3．1 烟囱倾倒及预留支撑区破坏的理论模型

3．1．1 钢筋混凝土烟囱倾倒过程的力学模型

3．1．2 支撑区破坏的力学分析

3．1．3 支撑区破坏的实验观测综述

3．2 实际倾倒时间计算与抗压强度校核

3．3 高耸钢筋混凝土烟囱群倾倒过程数值模拟

3．3．1 倾倒过程模拟

3．3．2 爆破效果对比

3．4 预留支撑区破坏的数值模拟分析

3．4．1 自重突加载荷及下坐现象

3．4．2 拉压断裂与中性轴的移动

3．5 本章小结

第四章 空中断裂现象分析及数值模拟的实现

4．1 空中断裂现象的力学模型

4．2 空中断裂的判据及影响因素

4．3 空中断裂在数值模拟中的实现

4．3．1 实际爆破空中断裂情况

4．3．2 空中断裂数值模拟过程

4．4 本章小结

第五章 触地振动的数值模拟研究

5．1 触地振动的数学描述及经验公式

5．1．1 烟囱触地的冲击作用

5．1．2 塌落振动经验公式

5．2 减震措施及其数值模拟实现

5．3 数值模拟结果分析与对比

5．3．1 塌落振动经验计算和仪器监测

5．3．2 数值模拟塌落振动结果

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 进一步工作展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果