一种烟囱控制爆破倾倒状态验算方法

摘要

本发明公开了一种烟囱控制爆破倾倒状态验算方法，它是通过计算机实现的，其工作步骤是：1.先读入原始数据；2.运算烟囱倾倒后到达第i个倾斜角Q

说明书

技术领域

本发明属于控制爆破技术方法，尤其涉及烟囱的倾倒型拆除爆破。

背景技术

目前如烟囱类的高耸建筑物在拆除时多采用控制爆破技术，使其按预定方向倾倒，这种方法工期短，费用低。

烟囱爆破拆除技术已使用了数十年，但至今未见倒塌状态验算方法，这就使得设计人员无法准确预知烟囱倒塌过程中出现的一些重要情况，设计全凭经验。而由于烟囱尺寸、材料、结构和环境的多样性，许多情况难以凭经验预料。例如1、一次爆破不能倾倒则需要危险的二次爆破；2、倾倒方向偏离设计方向就会对相邻建筑造成破坏；3、砖混结构的烟囱倒塌时会在空中断为两截，上截的落地形态和方法难以预料；4、最大着地速度和实际可能的最大迸溅距离难以预知。

发明内容

本发明的目的为了使爆破设计人员预知爆破结果，提供一种烟囱控制爆破倾倒状态验算方法。

本发明是通过计算机实现的。其工作步骤是：

一、读入原始数据，原始数据包括：

1、倒塌着地处的地面类型kd

将地面由软到硬分为10类，kd取值为1.0～10.0。其中：

1.0为耕种土地，即软地面；

2.0为原始未耕种的地面；

3.0为软硬土质地面、平硬地面；

4.0为辗压过的土质地面，压实深度1.0米左右；

5.0为压实深度大于1.5米，三合压实地面；

6.0为沥青路面、沥青下压实深度大于1.5米

7.0为混凝土铺筑地面、混凝土层下压实深度大于1.5米；

8.0为半风化花岗岩或厚混凝土硬地面；

9.0为中硬岩石地面；

10.0为坚硬岩石地面。

2、被拆烟囱的物结构类型N_B

砖混凝土结构取1.0；钢筋混凝土结构取2.0。

3、被拆烟囱的层数N_C

无内衬的单层结构取1.0，有内衬的双层结构取2.0。

4、被拆烟囱倒塌倾斜角度等份数N_i，根据需要取值。

例如，倒塌角度取90°，需要每5°输出一组数据即把90°均分为18等份，N_i取18.0。实际输出为19组数据。N_i最大取50.0。

5、沿烟囱高度取的等距截面数N_k，按需要取值，最大取60.0。

6、从爆破缺口底面算起的烟囱总高度H₁，单位为米。

7、爆破缺口底面处烟囱外层的外圆半径R₁₀，单位为米。

8、爆破缺口底面处烟囱外层的内圆半径(r₁₀)，单位为米。

9、被拆烟囱外层质量密度ρ₁，单位吨/米³。

10、被拆烟囱外层外半径锐缩率η_1e。

η_1e＝(R₁₀-R₁)/y，式中：y-从爆破缺口底面沿轴线向上的坐标值(米)，R₁-坐标y处的外层外半径(米)。

11、被拆烟囱外层内半径锐缩率η_1i。

η_1i＝(r₁₀-r₁)/y，式中：r₁-坐标y处的外层内半径(米)，y同上。

12、被拆烟囱的倒塌角γ_A，单位为度。

指倒塌时烟囱轴线转过的角度，例如从垂直到水平地面γ_A＝90°，也可大于或小于90吼

13、爆破切口层留作支撑的圆弧部分的圆心角α_A，单位为度。

14、爆破时炸去后形成缺口的圆弧所对的圆心角α_B，单位为度。

若烟囱为双层有内衬时，即Nc＝2.0时，还要读入以下原始数据：

15、从爆破缺口底面到内衬层顶端的高度H₂，单位米。

16、爆破缺口底面处内衬层的外半径R₂₀和内半径r₂₀，单位均为米。

17、内衬层的质量密度ρ₂，单位为吨/米³。

18、内衬层外半径锐缩率η_2e和内半径锐缩率η_2i。

η_2e＝(R₂₀-R₂)/y，η_2i＝(r₂₀-r₂)/y

式中：y与前面相同；R₂指坐标y处的内衬层外半径(米)；r₂指坐标y处的内衬层内半径(米)。

19、爆破缺口高度H_G，单位为米。

若烟囱为钢筑混凝土结构即N_B＝2.0时，还应输入以下数据：

20、外层钢筋直径d_o和间距a_o，单位均为毫米；

21、内层钢筋直径d₁和间距a₁，单位均为毫米。

二、运算烟囱从倾倒开始到达第i个(i＝1～N_i)倾斜角θ_i的时间t_i、角加速度ε_i(1/秒²)和角速度ω_i(1/秒)。

三、判断i是否等于N_i+1，如果不是返回上一步继续计算下一组值，如果是进行下一步。

四、计算每个倾斜角k个(k＝1～N_k)截面上的轴力F_k(MN)、剪力Q_k(MN)、弯矩M_k(MN-m)和正应力λ_k(MPa)。

五、判断k是否等于N_k，若不是返回上一步继续计算下一组值，若是进行下一步。

六、根据底面受力情况判断是否会倾倒，并在屏幕上输出判断结果。

七、计算最大迸溅距离X(米)。

八、输出计算结果，计算结果包括以下数据：

1、从倒塌开始到倒地结束，每个倾斜角θ_i的倾斜时间t(秒)、角加速度ε(1/秒²)、角速度ω(1/秒)。(见计算数据输出表)

2、倒塌到每个倾斜角度时各截面上的轴力F(MN)、剪力Q(MN)、弯矩M(MN-m)和正应力λ(MPa)。(见计算数据输出表)

3、着地时最长时间t(秒)、端点着地速度V(米/秒)和￥(米)。(见计算数据输出表)

九、结束。

经过上述计算得到爆破预计效果，预计效果不理想时调整控制爆破参数重新计算，直到效果满意。

本发明的优点是，根据计算结果设计人员可及时调整爆破参数，达到安全、精确施工的目的。例如，计算给出能否倾倒的判断避免二次补爆；通过变更初参数使其根部后坐或不后坐，以适应不同环境；砖混结构的烟囱可使其在倾倒过程中不折断或在到达预定倾斜角时折断；又可根据算出的迸溅距离确定警戒和防护范围。

附图说明

图1是实施例烟囱纵剖面示意图；图2是烟囱爆破缺口底面横断面示意图；图1、图2显示出演算步骤中的输入数据符号。图3是验算步骤程序框图。

具体实施方式

如图1图2所示，它是一个有内衬钢筋混凝土结构烟囱，烟囱外层高H₁＝120米，底端外半径R₁₀＝6米、内半径r₁₀＝5.5米，密度ρ₁＝2.5吨/米³；内衬高H₂＝80米，底端外半径R₂₀＝5.3米、内半径r₂₀＝4.9米，密度ρ₂＝2.0吨/米³。

着地处为干硬平地面，系数kd＝3.0，倒塌角γ_A＝90°，结构类型N_B＝2.0；烟囱层数N_C＝2.0，外层和内衬层布置钢筋，直径d₀＝d₁＝20毫米，间距a₀＝a₁＝150毫米；设计爆破缺口高H_G＝4.0米，爆破支撑圆心角α_A＝160°，炸掉部分缺口圆心角α_B＝100°。

计算时倒塌角每10°取一组数据，N_i＝90/10＝9.0，每10米高取一截面，N_k＝120/10＝12.0。

实施步骤如下：

一、先根据技术方案中给出的公式算出四个半径锐缩率

η_1e＝0.025，η_1i＝0.02，η_2e＝0.0215，η_2i＝0.01875。

二、输入原始数据：

3.0(k_d)，2.0(N_B)，2.0(N_C)，9.0(N_i)

12.0(N_k)，120.0(H₁)，6.0(R₁₀)，5.5(r₁₀)。

2.5(ρ₁)，0.025(η_1e)，0.02(η_1i)，90.0(γ_A)。

160.0(α_A)，100.0(α_B)，80.0(H₂)，5.3(R₂₀)。

4.9(r₂₀)，2.0(ρ₂)，0.02125(η_2e)，0.01875(η_2i)。

4.0(H_G)，20.0(d₀)，20.0(d₁)，150.0(a₀)。

150.0(a₁)。

三、计算机按技术方案中的步骤开始验算。

四、输出验算结果：

1、会倾倒；

2、从爆破开始0°，10°，20°，30°，40°，50°，60°，70°，80°，90°每个角度时的时间t_i(秒)、角加速度ε_i(1/秒²)和角速度ω_i(1/秒)(见下表)；

3、上述每个角度时的十个截面上的轴力F(MN)、剪力Q(MN)，弯距M(MN-m)，正应力λ(MPa)(见下表)；

4、顶端着地时间t＝9秒，顶端着地速度V＝69.6米/秒，碎块最大迸溅距离X＝4.06米。

计算数据输出表

  i＝1  θ_i＝0°  t＝0(秒)     ε＝0.015(1/秒²)   ω＝0.0(1/秒)  k  1  2   3    ′    ′    12  y(M)  0  10   20    ′    ′    110  F(MN)  -42.0  -35.4  ′     ′     ′    ′    -1.0  Q(MN)  2.7  2.6  ′    ′    ′   ′    0.2  M(MN-m)  170.4  143.6  ′    ′    ′     ′    ′     0.6  λ(MPa)  0  0.86  ′    ′    ′     ′    ′     -0.1  i＝2  θ_i＝10° t＝4.3(秒)   ε＝0.04(1/秒²)    ω＝0.1(1/秒)  k   1    2   3    ′     ′       ′    12  y(M)   0    10   20    ′     ′       ′     110  F(MN)  ′     ′     ′    ′          ′     ′       ′     ′  Q(MN)  ′     ′     ′    ′     ′     ′            ′       ′     ′  M(MN-m)  ′     ′     ′    ′     ′     ′     ′       ′     ′  λ(MPa)  ′     ′     ′    ′     ′     ′     ′       ′     ′  ′    ′      ′     ′    ′  ′    ′      ′     ′    ′  ′    ′      ′     ′    ′  ′    ′      ′     ′    ′  ′    ′      ′     ′    ′  ′    ′      ′     ′    ′  i＝12 θ_i＝90° t＝9(秒)     ε＝0.15(1/秒²)    ω＝0.5(1/秒)  k  1   ′    ′     ′     ′     12  y(M)  0′     ′    ′     ′     ′     110  F(MN)  63.2   ′    ′     ′     ′     3.9  Q(MN)  -20.6   ″    ″     ″     ″     0.6′  M(MN-m)  -256.8   ′    ′     ′     ′     3.3  λ(MPa)  0.0  ′    ′    ′     ′     ′     1.4