高耸圆筒形构筑物爆破拆除物理-力学模型的确定

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1998.06.001 第20卷第6期 北京科技大学学报 VoL.20 No.6 1998年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1998 高耸圆筒形构筑物爆破拆除 物理-力学模型的确定 何军”于亚伦)王双红)张海涛) 1)北京科技大学资源工程学院1000832)中航勘察设计研究院100086 摘要通过建立高耸圆筒形构筑物爆破拆除物理一力学模型，并对这类构筑物爆破拆除过程进 行计算机模拟和爆破参数设计计算机化处理.同时，利用这一物理一力学模型进行了2个工程实 例的分析，证明了所建的物理一力学模型是正确的，计算方法是先进的. 关键词爆破；计算机模拟：物理一力学模型；建筑物 分类号235.37 在圆简形构筑物（如烟囱、水塔等）爆破拆除中，关键是切口尺寸（包括切口长度、形状和 高度)的确定.当前采用的经验公式确定的爆破切口长度为切口处周长的1/2~23，切口高度 为烟囱壁厚的1.5~3.0倍，在工程设计中往往根据设计人员的实践经验取不同的切口尺寸大 小.如我校爆破拆除的1座高27m烟囱的爆破切角达242°，而某单位燥破拆除一高100m 烟囱的爆破切口为周长的0.62倍，即223.2°.有人甚至提出爆破切角只要大于180°即可.随 着经济建设步伐的加快，这类构筑物所处的地理环境日趋复杂，爆破拆除构筑物倾倒方向的 准确性要求也更高，不能允许任何的工程失误，否则造成的经济损失无法计算，因此，这种经 验设计方法越来越无法满足生产要求， 为了解决这一难题，利用计算机对爆破拆除圆简形构筑物过程进行模拟和力学分析不 失为最佳手段.而爆破切口尺寸大小的理论计算方法是进行计算机模拟所需计算模型的关键 内容，本文利用力学方法建立适合于计算机模拟的物理一力学模型， 1物理一力学模型的建立 假设高耸圆简形构筑物各截面密度均匀且相等，不存在造成任何局部应力集中的裂缝和 除切口以外的任何其他缺口；圆筒形构筑物以烟囱为例，切口处所截去材料的质量忽略不计， 1.1回筒形构筑物爆破拆除物理模型 圆简形构筑物爆破拆除的主要原理就是通过在构筑物底部某一高度处爆破出一定尺寸 的切口，利用构筑物本身的自重造成偏心受压失稳，将切口另一侧筒体端部材料拉断，靠近切 口处部分压坏或不损坏情况下，切口上部简体以切口处没有损坏部分为暂时支点按设计方向 发生偏转、倾倒. 切角α的确定是受筒体结构、材料性质（密度）、筒体壁厚、高度、切口处半径和材料最大 抗拉、抗压强度等参数综合作用的结果，在这里，暂不考虑气候造成的影响，如风、雨.因此，可 199711-25收稿何军男，28岁，博士现工作单位为北京市城市建设工程研究院 ◆国家教委博士点基金资助项目

第 卷 年 第 期 月 北 京 科 技 大 学 学 报 】 高耸圆筒形构筑物爆破拆除 物理 一 力学模型 的确定 何 军 ‘ 于亚伦 王 双红 张海涛 ’ 北京科技大学资源 工 程学院 中航勘察设计研究院 摘要 通 过建 立 高耸圆筒形 构筑物爆破拆 除物理 一 力学模 型 ， 并 对这类 构筑物爆破拆 除过程 进 行计算机模拟和爆破参数设计计算机化处理 同时 ， 利用这一 物理 一 力学模型进行 了 个工程 实 例的分析 ， 证明了所建 的物理 一 力学模型是正 确的 ， 计算方法是先进 的 关键词 爆破 计算机模拟 物理 一 力学模型 建筑物 分类号 在 圆筒形 构筑物 如烟 囱 、 水塔等 爆破拆 除 中 ， 关键是 切 口 尺 寸 包括切 口 长度 、 形 状和 高度 的确定 当前采用 的经验公式确定 的爆破 切 口 长度 为切 口 处周 长 的 一 ， 切 口 高度 为烟 囱壁 厚 的 一 倍 ， 在工程设计 中往往 根据设计人 员 的实 践经 验取不 同 的切 口 尺 寸 大 小 如我校爆破拆 除 的 座 高 功 烟 囱川 的爆破切角达 。 ， 而某 单位爆 破拆 除一 高 烟 囱 的爆破切 口 为周长 的 倍 ， 即 有人甚 至提 出爆破切 角 只要 大 于 。 即可 随 着 经 济 建设步伐 的加快 ， 这类 构筑物所处 的地理 环境 日趋 复 杂 ， 爆 破拆 除 构筑 物倾倒 方 向的 准确 性 要 求也更 高 ， 不 能允许任何 的工程 失误 ， 否 则造成 的经 济 损失 无法 计算 因此 ， 这 种 经 验设计方法越来越 无法满足生产要求 为 了解 决这一 难题 ， 利用计算机 对爆破拆 除 圆筒 形 构筑物 过 程 进 行 模拟 和 力 学分 析不 失 为 最佳手段 而爆破切 口 尺寸大小 的理论计算方法是 进行计算机模拟 所需 计算模 型 的关键 内容 本文利 用力学方法建立适合于 计算机模拟 的物理 一 力学模型 物理 一 力学模型 的建立 假设高耸 圆筒形构筑物各截面密度均匀且相等 ， 不存在造成任何局 部应力集 中的裂缝 和 除切 口 以外 的任何其他缺 口 圆筒形构筑物 以烟 囱为例 ， 切 口 处所截 去材料 的质量 忽 略不计 回筒形构筑物爆破拆除物理模型 圆筒形 构筑物爆破拆 除的主要 原理 就是 通 过在构筑物底部某 一 高度 处爆 破 出一 定 尺 寸 的切 口 ， 利 用构筑物本身的 自重造成偏心受压失稳 ， 将切 口 另 一侧筒 体端部材 料 拉 断 ， 靠近切 口 处部分压坏 或不 损坏情况下 ， 切 口 上部筒 体 以切 口 处没有损坏部分为暂时支 点按设计方 向 发生偏转 、 倾倒 切 角 的确 定 是 受筒 体结 构 、 材料性 质 密度 、 筒 体壁 厚 、 高度 、 切 口 处半径 和 材 料 最 大 抗拉 、 抗压强 度等参数综合作用 的结果 在这 里 ， 暂不考虑气候造成 的影 响 ， 如风 、 雨 因此 ， 可 一 一 收稿 何军 男 ， 岁 ， 博士 现工 作单位 为北京市城市建设工 程研究 院 国家教 委博士 点基金 资助项 目 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1998．06．001

·508· 北京科技大学学报 1998年第6期 以建立物理模型表达式： a =f(p:g,Rd,H,oc) (1) 式中：P为材料密度；R为烟囱切口处半径；d为烟囱壁厚；H为烟囱高度；o为材料抗拉强度；0。 为材料抗压强度；g为重力常数. 由量纲分析方法，可以获得5个量纲为一组合量：l/R,d/H,oT/o,R/r,p/psc,其中 I/R=a,psπ是钢筋混凝土材料的密度.因此，α只能是上述量纲为一量的函数，即： a=1/R=(d/H,o/0cR/r,p psne) (2) 确定了α与其他几个量之间的关系，可以利用数学归纳法进一步推导具体的函数表达 式.限于文章的篇幅，我们将在另一篇文章中进行详细的说明， 切口高度的确定主要取决于上下切口闭合的时间和不产生简体下坐现象.简体下坐主要 是由于爆破切口开出瞬间，切口部分不足以支持简体自重，发生压杆失稳现象造成的；同时， 切口闭合过早会导致只发生偏转而暂时不倾倒现象，关于切口高度的理论确定方法，见文 献[3].本文着重讨论切角的理论计算方法. A向 1.2圆筒形构筑物爆破拆除力学模型 (1)切口处应力分布计算方法. 从图1取切口顶部的质心为O',由形心计算 方法可知偏心距e的计算公式： 2sin(a/2)·(3r+3r,d+d e (3) 3(π-a/2)(2r1+ 由此可求得切口被爆破拆除瞬间的烟囱底座所 受偏心矩M的计算公式：M=G·e,式中，G为切 图1烟囱爆破切口示意图 口上部的烟囱总质量， 同时还可以求得切口处沿形心轴ZZ的惯性矩： .-∫4=4"(-+g-R-a+可hx+∫久rR-+ =4∫g‘xVR-c+r-∫0xR-x+ad 令x+e=t,则dx=dh,取x=0时1=ex=R2-e时，t=R2由此，积分式首项： (x+dix--0)-dt-(:/16)-(e/8)Q2e-R) R-e-(R;8)arcsin(e /R)-(2e/3)(R2-e)3 +e(nR2/4)- (e/2)R2-e2-(R2/2)arcsin(e/R)=B. 同理，积分式第二项”VR-+可=(10-e/80c-RN瓜-C. (R/8)arcsin(e R)-(2e /3)(R-e)+e(R2/4)- (e/2)Ri-e2-(R2/2)arcsin(e /R)=C. 得2=4(B-C),从而有： 2=1x/A=(8×(B-9O)1[2m-a(R3-R] (4)

· 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 以建立物理模 型表 达式 二 勿， ， ， ， 外 式 中 为材料 密度 为烟 囱切 口 处半径 为烟 囱壁厚 为烟 囱高度 叭为材料抗 拉强度 为材料抗压强 度 为重力常数 由量 纲分 析方 法 ， 可 以 获得 个量 纲 为一 组 合量 ， ， ， ， 二 ， 其 中 ， 二 是 钢筋混 凝 土材料 的密度 因此 ， 只 能是 上 述 量 纲 为一 量 的 函 数 ， 即 必 ， ， ， 二 确 定 了 与 其 他 几 个 量 之 间 的 关 系 ， 可 以 利 用 数学 归 纳 法 进 一 步 推 导具 体 的 函 数 表 达 式 限于 文章 的篇 幅 ， 我们将在 另 一篇文 章中进行详细 的说明 切 口 高度 的确 定 主要 取 决于 上下 切 口 闭合 的时 间和不 产生筒体下 坐现象 筒 体下 坐 主要 是 由于 爆 破切 口 开 出瞬 间 ， 切 口 部 分 不 足 以 支持筒 体 自重 ， 发生 压 杆失 稳 现 象造 成 的 同时 ， 切 口 闭合过 早 会 导致 只 发 生 偏 转 而 暂 时不 倾 倒 现 象 关 于 切 口 高度 的理 论 确 定 方 法 ， 见 文 献 【 本 文 着 重 讨论 切 角 的理 论 计 算方 法 回筒形构 筑物爆破拆 除力学模型 切 口 处应力分布计算方 法 从 图 取 切 口 顶 部 的质 心 为 ’ ， 由形 心 计算 方法 可知偏 心距 的计算公式 · ， 一 二 一 刃 由此 可 求 得 切 口 被 爆 破 拆 除 瞬 间 的烟 囱底 座 所 受偏心 矩 的计算公 式 · ， 式 中 ， 为切 口 上部 的烟 囱总质量 同时还 可 以求 得切 口 处沿形 心 轴 ’ 的惯性 矩 血阳甲 。 图 烟 囱姗破切 口 示意图 ， 一 丁一 一 ‘犷 一 一 丫 一 ’ ，丫衅 一 ’ 。 · 丁 凡一 凡 一 ，丫尺 一 ’ 凡一 户 ，丫尺 一 ’ 凡一 ‘ 八 一 令 。 ， 则 山 ， 取 时 一 。 二 一 。 时 ， 二 由此 ， 积分式首项 一 一 凡 一 。 “ 丫 一 “ ‘ 山 一 。 ‘ 一 ‘ 丫尺 一 “ ‘ 一 “ “ 一 ‘ “ ‘ 一 ’ 丫尺 一 ， 一 尺 凡 一 丫 一 ， ’ ， 二 。 、可耳 一 一 · 「尽一 ‘ 一 、 ， 一 同理 ， 积分式 第二 项 。 ’ 犷丫 一 “ ， ’ 山 一 “ “ “ “ 一 ‘ “ “ “ ’ 一 尺 寸 一 “ ’ 得 人 ’ 尺 一 币不万 ， 二 ， 耘不丁 一 必 一 二 一 ， 从而有 ‘ 一 人 ， 一 二 一 一

Vol.20 No.6 何军等：高耸圆简形构筑物爆破拆除物理力学模型的确定 ·509· 根据材料偏心受压应力计算公式可求得各点应力分布： 0=-(G/0(1-(e·x)/,) (5) 大拉应-9]-[-可] (6) 最大压应力：当a≤π时 -4-ga+）-引+ (2)e 当a>π时 e.m (7) 至此，应力分布计算公式推导完毕，从公式(6)，(7)可以发现，最大拉、压应力与切口截面 大小成反比，与筒体高度、密度成正比，与切角、壁厚大小密切相关.对于具体的工程实例，筒 体高度、密度、壁厚以及切口处半径均是已知，而切口截面大小仅是切角的函数.因此，由公式 (6),(7)可见，对于具体的工程实例最大拉、压应力与切角大小具有近似线性关系. (2)切角大小设计的判断准则. 考虑圆简形构筑物结构所用材料均属于脆性材料.当切口爆出瞬间，简体底座由于受偏 心压力作用，应力瞬时重新分布：沿极性轴内侧部分为压应力区（进一步受压缩）；沿极性轴外 侧部分则属于拉应力区（由压瞬时变拉）.材料变形属于瞬态变形，其破坏强度应以动态破坏 强度为准.根据大量资料表明：脆性材料动态强度一般为静态强度的1.8~2.5倍左右，对混凝 土材料可取2.0.如图1所示，切口另一侧简体1个壁厚d处的材料被瞬时拉断，形成沿设计方 向倾倒趋势；剩下部分由于将最大压应力控制在材料的动态抗压强度范围内暂时没有遭到破 坏，当作切口上部简体倾倒时的支点，当简体倾倒到一定角度时，支点被剪断和压坏；由于惯 性作用，简体按照设计方向倾倒，而极大可能地减小了产生后冲、下坐和偏离设计方向倾倒的 不良后果 因此，可以建立如式(8)确定切角大小的判断准则： 0≥2.00 (8) ma<2.0 式中：0为内侧断裂点∫处的应力大小；0。为最大压应力；0为材料的静态抗拉强度；o为材 料的静态抗压强度， 当且仅当开口切角所造成的应力分布满足公式(8)的条件时，筒体倾倒过程中出现下坐、 后冲和不按照设计方向倒塌等现象的可能性为最小， 2物理一力学模型验证 确立了切角设计的判断准则，便可以进行实例分析，对于砖混、素混凝土结构的圆筒形构 筑物，判断准则公式(8)所确定的切角即为最佳切角.而对于钢筋混凝土结构的圆简形构筑物 则须进行强度校核：只有拉应力区瞬时破坏部分拉力P大于该部分钢筋的约束反力P,时，方 可实现瞬时断裂过程

何军等 高耸圆筒形构筑物爆破拆除物理 一 力学模型 的确定 根据材料偏 心 受压应力计算公 式 可 求得各点应力分布 、少产 ‘ 、、了了 沙 、 一 一 · 犷 最大拉应力 一 针 ，一 华华 一 叮丝鬓二 一 ， 〕 改 与 」 入 与 」 最大 压应力 帆 考 一且 一 一 一 一 一 、、刀 尺 考 时一 当一 一翅一‘ 孔 当 兀 时 了，才 、少 一 十 一且 一 一 一 、、夕 了 ， “ ” ’ 一 － 一 一 一 尺 考 凡 召 心 至 此 ， 应力分布计算公式推导完毕 从公式 ， 可 以 发现 ， 最大 拉 、 压应力 与切 口 截 面 大 小成反 比 ， 与筒 体高度 、 密度 成正 比 ， 与切 角 、 壁 厚 大小 密切 相 关 对于 具 体 的工 程 实例 ， 筒 体高度 、 密度 、 壁 厚 以及切 口 处半径均是 已 知 ， 而切 口 截面大小 仅是 切 角 的 函数 因此 ， 由公式 ， 可见 ， 对于具体的工程实例最大拉 、 压应力 与切角大小具有 近似线性 关系 切 角大小设计的判 断准则 考 虑 圆筒形 构筑物结构所 用材料均 属于脆性材料 当切 口 爆 出瞬 间 ， 筒 体底 座 由于 受偏 心 压力作用 ， 应力 瞬时重新分布 沿极性轴 内侧部分 为压应力 区 进一 步受压缩 沿极 性 轴外 侧部分 则属 于 拉应力 区 由压 瞬时变拉 材料变形 属于 瞬态变形 ， 其破 坏 强度 应 以 动态破 坏 强度 为准 根 据大量 资料表 明 脆性材料动态强度一般为静态强度 的 倍左右 ， 对混凝 土材料 可取 如 图 所示 ， 切 口 另一侧筒体 个壁 厚 处的材料被 瞬时拉 断 ， 形成 沿设计方 向倾倒趋 势 剩 下 部分 由于将最大压应力控制在材料的动态抗压强度 范 围 内暂 时没有 遭到破 坏 ， 当作 切 口 上 部筒 体倾倒 时的支点 ， 当筒 体倾倒到一定角度 时 ， 支点被 剪 断和 压 坏 由于 惯 性作 用 ，筒 体按 照设计方 向倾倒 ， 而极大可 能地减小 了产生后 冲 、 下 坐 和偏 离设计方 向倾倒 的 不 良后 果 因此 ， 可 以建 立如式 确定切 角大小 的判断准则 马 七 ， 式 中 动内侧断裂 点 处 的应力大小 ， 。 为最大压应力 丐为材 料 的静 态抗 拉 强 度 为材 料 的静态抗 压 强度 当且仅 当开 口 切角所造成 的应力分布满足公式 的条件时 ， 筒 体倾倒过程 中出现下 坐 、 后 冲和 不 按 照 设计方 向倒 塌等现象 的可能性 为最小 物理 一 力学模型验证 确立 了切 角设计的判 断准则 ， 便 可 以 进行 实例分析 对于 砖 混 、 素混凝 土结构 的 圆筒 形 构 筑物 ， 判 断准则公式 所 确定 的切 角 即为最 佳切 角 而 对于 钢筋混凝 土结构的 圆筒形 构筑物 则须进行强度 校 核 只 有拉应力 区 瞬时破 坏部分拉力 弓大于 该部分 钢筋 的约束反 力 时 ， 方 可 实现 瞬时断裂 过 程

·510· 北京科技大学学报 1998年第6期 2.1工程实例1 该实例是某单位爆破拆除1座高100m烟囱2).该烟肉采用250钢筋混凝土整体浇筑， 标高+0.00m处，简身外径为8.72m,内径为8.00m,壁厚36cm;标高+100m处，简身外径 为2.2m.爆破切口采用0.62倍于烟囱底部周长，切口高度为1.8m,爆破后，烟囱按照预定方向 偏移约4°倾倒，其南侧0.4m处小房子安然无恙，爆破效果良好. 利用所建物理一力学模型进行分析.图2是切角大小与应力分布关系图，表1是断裂点f 处拉应力σ及最大压应力与切角之间的数值关系.根据判断准则公式(8)，最佳切角范围为 185°≤α≤222°；按照烟肉设计规范可以计算出断裂点外侧拉应力区的钢筋约束反力 表1爆破切口与最大应力分布 切角（°）f点拉应力/MPa 最大压应力/MPa 180 4.80883 -21.5053 185 5.49582 -23.5211 190 6.26203 -25.7951 -28.3694 4.360 195 7.11766 200 8.07409 -31.2936 205 9.14433 -34.6283 210 10.3428 -38.4464 215 11.6852 -42.8363 220 13.1893 -47.9071 225 14.8735 -53.7921 230 16.7571 -60.6573 235 18.8583 -68.7086 240 21.1928 -78,2047 注：烟囱密度2.5tm高100m,底部半径4.36m,顶部 半径1.10m,厚度0.36m,拉应力2.50MPa,压应 图2爆破切口与应力分布关系图 力25.00MPa P。=30.12×103kN,当切角为185°时，断裂点f处拉应力o,=5.49582MPa,断裂区拉力 P,>42.39kN也大于钢筋约束反力，为设计切角α的最小值.实际工程设计中，切口为底部周 长的0.62倍，即223.2°.由表1，按照线性计算公式可以近似求出此时最大拉、压应力分别为 23,-52MP;最大拉应力在设计判断准则范围内，而最大压应力稍微超过了这一范围，造成 切口端部一小部分材料被压坏.由于切口两边钢筋混凝土材质分布不一定完全相同，压坏过 程有先后，因此在切口上部筒体开始偏转过程中，后压坏部分起了支点作用，造成烟囱倒塌中 有约4°偏移 我们认为，在最佳切角范围内，应首先考虑满足这一要求的最小切角， 2.2工程实例2 该实例是我校爆破拆除一高27m钢筋混凝土整体浇筑烟囱)，烟囱底部外径为2.3m,内 径为1.35m,壁厚约20cm,内部立筋直径为12mm,间距20cm,环筋直径为8mm.爆破采用 切口角度为242°，切口高度为1.5m.爆破后，烟囱按照设计方向倾倒，定位准确，无下坐、后 冲现象

· · 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 工程 实例 该 实例是 某 单位爆破拆 除 座 高 烟 囱 该烟 囱采 用 钢筋混凝 土整体浇筑 ， 标高 处 ， 筒 身外 径 为 ， 内径 为 ， 壁 厚 标高 处 ， 筒 身外径 为 爆破切 口 采 用 倍于烟 囱底 部周 长 ， 切 口 高度 为 ， 爆破后 ， 烟 囱按照预定方 向 偏移约 。 倾倒 ， 其南侧 处小房 子安然 无恙 ， 爆 破效果 良好 利用所建物理 一 力 学模 型 进行分析 图 是 切 角大小 与应力分布 关系 图 ， 表 是 断裂点 处 拉 应 力礴最 大 压 应 力 与 切 角 之 间 的数 值 关 系 · 根 据 判 断准 则 公 式 ， 最 佳 切 角范 围 为 。 ‘ ‘ 按 照 烟 囱设 计 规 范 可 以 计 算 出 断 裂 点 外 侧 拉 应 力 区 的 钢 筋 约 束 反 力 表 爆破切 口 与最大应 力分布 切角 厂点拉应力 最大压应力 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ，‘ 料，︵︸ ‘曰气 玉且 口︸们、哎︼ ‘ ，‘︸‘，‘，一，一‘ 八呀月，︸一，︶飞， ︸ 图 雌破切 口 与应 力分布关系图 注 烟 囱密度 灯城高 ， 底部半径 ， 顶部 半径 ， 厚度 ， 拉应力 ， 压应 力 · ‘ ， 当切 角 为 。 时 ， 断裂 点 处 拉 应 力 ， 一 ， 断 裂 区 拉 力 · 也 大于 钢筋 约束反 力 ， 为设计切 角 的最小值 · 实 际工 程设计 中 ， 切 口 为底 部周 长 的 倍 ， 即 由表 ， 按 照 线性 计算公 式可 以近似求 出此 时最大 拉 、 压应力 分别 为 ， 一 州 最 大拉应力在设计判 断准则范围 内 ， 而 最大压应力稍微超 过 了这 一 范 围 ， 造成 切 口 端 部 一小 部分 材 料 被 压 坏 由于 切 口 两边钢筋混凝 土材 质分布 不 一 定 完全相 同 ， 压坏过 程有先后 ， 因此 在切 口 上部筒体开始偏转过程 中 ， 后压坏部分起 了支点作 用 ， 造成烟 囱倒塌 中 有 约 偏移 我们认 为 ， 在 最佳切 角范 围 内 ， 应首先考虑满足这 一要 求的最小切 角 工 程 实例 该实例是 我校爆 破拆 除一高 钢筋 混凝 土整体浇筑烟 囱 ， 烟 囱底 部 外径 为 ， 内 径 为 ， 壁厚 约 ， 内部立筋直径 为 ， 间距 ， 环筋直径 为 川 爆 破采 用 切 口 角 度 为 “ ， 切 口 高度 为 爆 破 后 ， 烟 囱按 照设计方 向倾倒 ， 定 位 准 确 ， 无下 坐 、 后 冲现象

Vol.20 No.6 何军等：高耸圆简形构筑物爆破拆除物理力学模型的确定 ·511 图3是该烟囱切角大小与最大拉、压应力分布关系图，表2是切角大小与断裂点∫处拉应 力及最大压应力之间的数值关系.根据切角大小设计判断准则公式(8)，最佳切角为230°~ 242°；断裂点f外侧拉应力区钢筋约束反力P.=1.045×10kN;当切角为230°时，断裂点f 处的拉应力g,=2.64683MPa,因此断裂区的拉力P,>2.096×103kN,也大于钢筋约束反力， 为设计切角α的最小值.实际工程设计中，切角为242°，由表2，利用同样的方法可以计算出相 应的最大拉、压应力分别为15MPa和-25MPa.为判断准则公式(8)确定的最大切角a值，从 力学分析的角度验证了这次爆破本身是相当成功的.因此，爆破拆除圆简形构筑物经验公式 中，设计切角不大于240°的提法值得商讨；只有利用圆简形构筑物本身结构特征、材料性质、 建筑设计参数等因素进行综合考虑的物理一力学模型分析方法才是最为合理的；同时也说 明了当断裂点f处应力满足判断准则公式(8)最小要求时，断裂点f外侧拉应力区拉力P足 以破坏钢筋的约束反力P, 总之，判断准则公式(8)适用于各种材料类型结构的圆筒形构筑物. 表2爆破切口与最大应力分布 切角（°）f点拉应力/MPa最大压应力/MPa 180 4.80883 -21.5053 185 5.49582 -23.5211 190 6.26203 -25.7951 195 7.11766 -28.3694 1.150 200 8.07409 -31.2936 205 9.14433 -34.6283 210 10.3428 -38.4464 215 11.6852 -42.8363 220 13.1893 -47.9071 225 14.8735 -53.7921 230 16.7571 -60.6573 235 18.8583 -68.7086 240 21.1928 -78.2047 注：烟囱密度2.5/m3,高为2.7m,底部半径为 1.150m,顶部半径0.550m,厚度为0.20m, 拉应力为1.30MPa,压应力为13.00MPa 图3爆破切口与应力分布关系图 3结论 利用力学方法建立了高耸圆筒形构筑物爆破拆除的物理一力学模型，并对几个具有典 型工程意义的实例进行了分析，证明所建力学一物理模型是正确的，计算方法是先进的.同 时也证明了圆筒形构筑物爆破拆除切口大小与构筑物结构特征、材料性质和构筑物设计参数

何军等 高耸圆筒形构筑物爆破拆除物理 一 力学模 型 的确定 · 图 是 该烟 囱切 角大小 与最大拉 、 压应力分布 关 系 图 ， 表 是 切 角 大小 与 断裂 点 厂处拉应 力及最大压应力 之 间 的数值 关系 根 据切 角大 小设计 判 断准 则 公 式 ， 最 佳切 角 为 。 一 断裂 点 外 侧拉应 力 区 钢 筋 约束反 力 二 米 ， 当切 角 为 时 ， 断裂 点 处的拉应力 马 一 ， 因此 断裂 区 的拉力 弓 ‘ ， 也大 于 钢筋 约束反力 ， 为设计切 角 的最小值 实 际工程设计 中 ， 切 角为 “ ， 由表 ， 利 用 同样 的方 法 可 以计算 出相 应 的最大拉 、 压应力分别为 巧 和 一 为判 断准则公 式 确 定 的最大切 角 值 ， 从 力学分 析 的角 度验证 了这 次爆破 本身是 相 当成功 的 因此 ， 爆破拆 除 圆筒 形 构 筑物 经 验公 式 中 ， 设计切 角不大于 “ 的提法值得 商讨 只有利用 圆筒形 构筑 物 本 身结构特 征 、 材料 性 质 、 建筑设计参数等 因素进行综合考虑 的物理 一 力学模型 分析 方法 才是 最 为合理 的 同时也说 明 了 当断裂 点 处应力满足判 断准则公 式 最小要求 时 ， 断裂 点 厂外 侧拉 应力 区 拉 力 凡足 以破坏钢筋 的约束反力 总 之 ， 判 断准则公 式 适用于 各种材料类型结构 的 圆筒 形 构筑 物 表 爆破切 口 与最大应 力分布 切角 点拉应力 最大压应力 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ‘一盈且，且 八，声 一口工叹﹃ ，‘，一︸，，一，︸︸曰，︸，‘内︶，、、 ︸以︸、卜︸工︸、 ︸︸ 注 烟 囱密度 耐 ， 高为 ， 底部半径为 ， 顶部半径 ， 厚度为 ， 拉应力为 ， 压应力为 图 雌破切 口 与应 力分布关系图 结论 利 用力 学 方 法 建 立 了高 耸 圆筒 形 构筑物爆破 拆 除 的物 理 一 力 学模 型 ， 并 对几个具 有典 型 工 程 意义 的实例进行 了分 析 ， 证 明所 建力 学 一 物理 模 型是 正 确 的 ， 计算方 法 是 先进 的 同 时也 证 明 了圆筒形 构 筑物爆破拆 除切 口 大 小 与构筑物结构特征 、 材料性 质 和 构筑物设计参数

·512· 北京科技大学学报 1998年第6期 有关，切角大小应以满足判断准则公式(8)最小要求为准，该公式不仅适用于砖混、素混凝土 圆简形结构体，同样也适用于钢筋混凝土圆筒形结构体，这为对圆简形建构筑物爆破拆除过 程进行计算机模拟提供了依据，为爆破设计参数、最佳化和计算机化开辟了新的道路， 致谢：研究工作得到了我校陈叶青博士后、中国科学院力学所周家汉研究员、清华大学土木工程系聂建国 副研究员的大力协助，在此深表谢意！ 参考文献 1王德胜.复杂环境下薄壁钢筋混凝土烟囱的爆破拆除.工程爆破，1997,32：52 2杨仁华.100m高钢筋混凝土烟肉的定向倒塌爆破.爆破，1997,14(1)：58 3刘毅.烟囱、水塔定向倾倒动力分析.爆破，1993,10（增刊）：93 4韦德骏.材料力学.北京：机械工业出版社，1996.243~246 5蔡克铨.钢骨钢筋混凝土柱轴向载重行为.中国土木水利工程学刊（台湾），1996,8(4)：535 6《建筑工程手册》编委会.建筑工程手册.中国建筑工程设计卷（上），第一，二册.北京：地震出版社，1994 Determination on Mechanics-Physics Model of Controlled Blast Demolition for Towery Tubular Structure He Juna Yu Yaluna Wang Shuanghonga Zhang Haitaob2 1)Resources Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China 2)China Aeronautical Survey Design Institute,Beijing 100086 ABSTRACT A mechanics-physics model of controlled blast demolition for towery tubular structure is presented,which provides a powerful method to simulate the process of blast demoliton and to design the blast parameter by the means of computer.At the same time,it is verified that the model is valid and the computing method is advanced after analyzing two concrete engineering examples. KEY WORDS blast;computer simulation;mechanics-physics model;chimney

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 有 关 ， 切角大小应 以 满足 判 断准则公 式 最小要 求为 准 ， 该公式 不仅适 用于 砖混 、 素混凝 土 圆筒形 结构体 ， 同样 也 适 用 于 钢筋棍凝 土 圆筒形 结 构体 这 为 对圆筒 形 建 构筑物爆破拆 除过 程进行计算机模拟提供 了依据 ， 为爆破设计参数 、 最佳化和计算机化开辟 了新 的道 路 致谢 研究 工作得 到 了我校 陈叶青博士 后 、 中国科学 院力学所周 家汉研究员 、 清华大学 土木工程 系聂建 国 副研究 员的大力协助 ， 在此深表谢意 参 考 文 献 王德胜 复杂环境下薄壁钢筋棍凝土烟 囱的爆破拆除 工程爆破 ， ， 杨仁华 高钢筋混凝土烟 囱的定 向倒塌爆破 爆破 ， ， 刘毅 烟 囱 、 水塔定 向倾倒动力分析 爆破 ， ， 增刊 韦德骏 材料力学 北京 机械工业 出版社 ， 蔡克锉 钢骨钢筋混凝土柱轴向载重行为 中国 土木水利工程学刊 台湾 ， ， 《 建筑工程手册》编委会 建筑工程手册 中国建筑工程设计卷 上 ， 第一 ， 二册 北京 地震 出版社 ， 一 石殆 几 肠 从 界 助 物 占 ， ， ， 氏 ， 昭 一 ， 田朴 勿 四 田的 ， ， 耐