框架结构建筑物拆除爆破模拟技术研究

基于爆炸载荷的框架结构建筑物拆除数值模拟研究爆破拆除技术在城市改扩建工程中得到广泛的应用,然而现代社会建筑物结构形状日趋复杂,拆除爆破理论还停留在半经验半理论阶段,难以满足实际工程的需要。

数值模拟技术具有科学性、方便性和经济性等优点,已经成为研究拆除爆破理论的有效辅助方法。

爆炸载荷作为拆除爆破领域中一项重要的因素,长期以来在数值模拟中未得到体现,框架结构作为广泛使用的建筑结构形式,研究爆炸载荷对框架结构建筑物爆破拆除倒塌过程的影响具有重要意义。

本文运用等效爆炸载荷方法,采用数值模拟技术对爆炸载荷作用下框架结构建筑物拆除过程进行了研究,主要工作和成果包括:(1)基于建筑物爆破拆除力学模型研究,提出了爆炸载荷作用模型,对爆炸载荷的两种加载方式进行了研究。

分析了炸药在立柱中的爆炸过程,计算了炮孔壁上峰值压力,并进行了验证。

探讨了等效爆炸载荷作用机理,提出了拆除爆破数值模拟中等效爆炸载荷方法的加载方式。

(2)开展了爆炸载荷作用下三层等比例小框架爆破拆除模型试验,采用高速拍照设备、锰铜压阻仪和测振仪等设备对框架结构倒塌过程进行了分析研究,研究结果表明爆炸载荷对结构的倒塌过程和最后倒塌姿态有着较大的影响,爆炸载荷引起的爆破振动幅值较大,在建筑物爆破拆除数值模拟研究中需要加载爆炸载荷。

(3)针对小框架爆破拆除模型实验,建立了真实爆炸载荷加载和等效爆炸载荷施加两种方法结构有限元模型,通过数值模拟方法对比分析了爆炸载荷加载下框架模型的破坏倒塌过程,两种方法中结构的倒塌过程变化较为一致,且最终倒塌姿态也相似。

模拟中支撑立柱应变最大值发生时间和幅值相差很小,爆破振动和结构触地振动产生的时间和峰值也较为一致,研究结果验证了等效爆炸载荷方法的准确性和可行性。

(4)通过加载等效爆炸载荷,研究了钢筋混凝土框架厂房结构双向折叠“原地坍塌”爆破拆除过程。

数值模拟方法重现了双向折叠“原地坍塌”爆破拆除技术的具体实现过程,研究结果肯定了爆炸载荷对结构爆破拆除过程的影响,同时进一步验证了等效爆炸载荷方法的有效性。

框架结构定向拆除爆破触地震动数值模拟研究的开题报告
一、研究背景
拆除爆破是在建筑拆除过程中常用的一种拆除方法，其高效、快速的特点备受青睐。

但与此同时，拆除爆破也会带来一定的安全隐患，其中之一就是建筑物的倒塌会
引起地震动，对周边环境造成影响。

因此，对于拆除爆破引起的地震动进行研究，对
于维护周边环境和人员的安全至关重要。

二、研究目的
本研究旨在通过数值模拟方法研究框架结构定向拆除爆破所引起的地震动，并探讨影响地震动的关键因素。

三、研究内容
1. 系统梳理拆除爆破所涉及的物理过程，探究其对地震动的影响。

2. 基于MATLAB/Simulink程序，建立框架结构定向拆除爆破的地震动数值模型。

3. 针对模型中的关键参数进行灵敏度分析，定位影响地震动的关键因素。

4. 根据模型分析结果，提出相应的预防和减轻地震动的措施。

四、研究方法
本研究主要采用数值模拟方法，通过建立框架结构定向拆除爆破的地震动数值模型，模拟和分析爆破引起的地震动，探究其关键因素。

相关研究数据将采用
MATLAB/Simulink程序进行处理和分析。

五、论文结构
本论文将分为六个部分，首先是引言，阐述研究背景和目的；其次是相关理论的综述，包括拆除爆破和地震动的相关知识；第三部分是研究方法的详细阐述，包括数
据采集和处理、数值模拟过程和模型构建等；第四部分是建立的数值模拟模型的精度
分析和灵敏度分析；第五部分是模拟结果分析和讨论；最后一部分是总结和对未来工
作的展望。

小高宽比框架结构建筑物拆除爆破数值模拟分析王铁;刘伟;李洪伟【摘要】爆破切口参数对爆破拆除倒塌效果具有重要影响.结合工程案例,采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析程序建立了12层小高宽比框架结构建筑物爆破拆除倒塌的数值分析模型.建筑物梁、柱采用beam单元建模,楼板采用shell单元建模,钢筋混凝土简化为各向同性均质材料,采用随动硬化材料模型,地面采用solid单元、刚体材料模型.对不同切口方案的爆破效果进行了模拟分析.数值模拟及实际爆破效果表明,一定的切口高度是实现建筑物倒塌的必要但非充分条件,应结合合理的预处理及延期间隔获得理想的爆破效果.【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】2页(P149-150)【关键词】框架结构;爆破拆除;切口参数;数值模拟【作者】王铁;刘伟;李洪伟【作者单位】广东宏大爆破股份有限公司;安徽理工大学化学工程学院;安徽理工大学化学工程学院【正文语种】中文定向倒塌是建筑物控制爆破中最基本的一种拆除形式，其原理是用三角形爆破切口，控制支持立柱起爆顺序，让整个建筑物绕某一定轴旋转一个倾角后失稳倒塌，冲击地面而解体。

爆破切口是实现建筑物按预定方案倒塌的关键，对于高宽比较小的建筑物，爆破切口形成后，重心不容易移出，较难实现理想的倒塌效果，因此该类建筑物爆破切口参数值得深入研究。

结合工程案例，采用数值模拟方法，从切口高度、延期间隔、预处理措施等方面探讨小高宽比建筑物的爆破拆除。

定向倾倒设计通常采用图1所示的爆破缺口设计方案。

该方案设计的爆破高度应满足以下2个条件：①立柱失稳；②倾倒后结构重心移出。

对于立柱的失稳计算，经典的理论有压杆失稳模型和小型钢架模型；对于条件②，需通过计算确定。

将框架假设为一平面结构，重心高度为H，爆破高度为h，跨度L，爆破高度为H/2时结构具有最大偏心矩，实际爆破高度的选取范围为小高宽比建筑物显然不满足该要求，若需要实施定向倾倒爆破，爆破切口应综合考虑高度、立柱起爆顺序及延期间隔等因素，必要时采取切梁断柱、分向切割等方法获得理想的倒塌效果。

0引言城市用地日益紧张，同时又受城区狭窄场地、施工进度、人员财产安全等影响，使得爆破拆除技术在城区建筑改造重建工程中越来越常见。

得益于计算机技术的更新迭代，建（构）筑物的爆破拆除技术有了快速的发展，到如今已经形成较为完备的工程科学技术体系[1-2]。

通过数值仿真模拟建（构）筑物的倒塌过程及形态已经有较多的研究[3-7]，本文基于前人的研究，采用双向微折叠爆破拆除技术，运用底层卸载减振方法，使用ANSYS/LS.DYNA 软件对高层建筑物破坏过程和触地振动进行了研究，与实际监测数据进行比对，验证双向微折叠爆破拆除技术在工程爆破中的效应，优化施工方案，以期研究成果能够对类似的爆破拆除工程提供一定的借鉴。

1爆破原理及方法1.1拆除原理一般来说，建（构）筑物的爆破拆除是根据设计思路来反向考虑的，即通过破坏柱、梁、楼板等主要称重支撑构件，打破结构的受力稳定平衡，使其在重力的作用下失稳倒塌解体。

爆破切口形成之后，切口处剩余结构要能够在短时间内支撑上部结构；同时，在重力形成的倾覆力矩作用下，支撑上部结构绕切口处支点转动。

撑住和转动几乎是同时发生的，只有当建筑物转动并产生一定的能量之后，才能够发生碰撞破碎和触地解体。

所以，爆破切口的形式对于爆破拆除的倒塌方向和效果至关重要，对爆破切口的形式也有一定的要求[8]。

1.2双向微折叠爆破拆除技术双向微折叠爆破拆除技术属于折叠倒塌形式的一种特殊形式，主要是根据某些特殊的拆除爆破工程实践所设计的一种切口形式。

结构开设上下两个切口，切口形式可以根据工程实际分别设计，上部切口开口朝向与主倒塌方向相反，率先起爆，用来控制地面振动、触地冲击距离等，降低对狭小场地的要求；下部切口开口朝向为主倒塌方向，结合场地环境设计，保证主体结构解体破坏。

它的原理基于以下步骤：①结构分析：在进行拆除前，对建筑物或结构物进行仔细分析，确定其内部的构造和强度分布，包括建筑物的材料类型、支撑结构、强度等方面的详细信息。

框架结构建筑物控制爆破拆除摘要：厦门某八层框架结构酒店爆破拆除，针对其复杂的爆破环境，采用定向倒塌爆破拆除技术。

关键字：拆除爆破定向倒塌钢筋混凝土框架结构Abstract: Hotel Blasting Demolition of an eight-story frame structure, directional collapse blasting technology for its complex blasting.Key words：Demolition blasting; Directional collapse；Reinforced concrete; Frame structure1 工程概况本工程地处厦门著名商业圈，是拆迁工程中最重要的建筑，爆区周围环境较复杂。

酒店建筑为框架结构，共八层，总面积7201.46平方米，其中：一层1061.81平方米，二层1096.16平方米，三~八层4710.56平方米，电梯间及其附属设施332.96平方米。

2拆除方案的确定爆破拆除采用定向倒塌方案，倾倒方向向西对拆除最为有利。

本方案核心是让建筑物绕定轴转一个角度后失稳、倾倒，在转动过程中何以利用时间差使构件在空间尽量扭曲、折断、拉开、压碎；着地时获得10cm/s左右的瞬间速度，靠撞击获得进一步破碎。

3 爆破参数设计3.1爆破高度确定。

倒塌方向为西方，为达到定向倾倒的目的，各排立柱爆高应有所区别，两栋楼分述如下：楼内立柱数量较多，分布比较整齐，主立柱共有7排，第8排仅有两根柱子。

第1排立柱炸高为3层即11m。

第2排立柱炸高为2.5层即10.5m，第3排立柱炸高为2层即9m，第4、5排立柱炸高为1.5层即7m，第6排立柱炸高为1层即4.5m，第7排立柱炸高为0.5层即2.5m，第8排为非主立柱只需炸断即可，炸高为两排孔即0.6m，以形成转动铰链链接点。

图1 1-2层楼立柱平面图图2 3-8层楼立柱平面图图3 爆破炸高示意图3.2爆破参数设计①立柱爆破参数，有三种规格立柱，如图4所示，大中小三种立柱规格分别为：60×60、50×50和60×30cm。

框架结构建筑物拆除爆破模拟技术研究1引言随着我国城市化进程的加快，采用爆破方法快速拆除建(构)筑物日益受到重视并被广泛采用。

然而在当前的爆破设计中，仍主要依靠工程师的工程经验来预测结方法、2爆破拆除过程的模拟成为可能，其仿真流程如图1所示。

平面杆系结构有限元法是建筑结构设计中应用最为广泛的一种方法。

建筑物拆除爆破涉及的对象是建筑结构，因此在建筑物拆除爆破设计中，可以运用平面杆系结构有限元法，对拆除过程中不同阶段的结构内力(轴力、剪力和弯矩)进行分析，以便为拆除爆破设计提供准确的依据，提高拆除爆破设计的可靠性和准确性。

多刚体动力学是经典力学的基础上产生的新学科分支，在复杂机构的动力分析中的应用非常广泛。

以多刚体动力学为理论基础的数值仿真方法将现实世界中的复杂机构系统概化为由约束机构联结若干刚体而成的树状结构，并自动形成系统的数学模型，运用计算机可视化技术对其求解结果进行可视化，以预测或再现机构系统质心、积分方33.1塌方式不同，构件的解体方式也不尽相同。

如采用横向逐跨倒塌方式时，构件基本为受弯破坏，而采用竖向逐段解体时，主要是柱体的轴向冲击受压破坏。

所以在建筑物爆破模拟过程中，需根据倒塌方式的不同确定不同的计算方案。

对于构件在倒塌过程中的破坏情况，可计算结构中构件的各项极限承载力，并运用平面杆系结构有限元法计算不同时段结构中的内力分布情况，依据以上的计算结果，判断结构中各构件的解体情况。

对于建筑物的触地冲击解体，由于其力学本质非常复杂，目前没有成熟的理论计算方法。

庞维泰【3】等曾对低层建筑物拆除爆破中触地解体条件进行了研究。

统计资料表明，要使建筑物落地后充分解体须有一定的落地速度。

对预制件，砖结构，约为6m/s；一般现制排架结构，约为8m/s；刚架或较强的排架结构，须10m/s以上。

实际模拟过程中，若结构触地时达到了使其结构开始倒塌时继承了失稳时的解体破坏形式，因此，在结构倒塌的动力学模型中应将结构初始失稳、破坏情况作为倒塌运动模拟的初始条件。

框架楼房原地坍塌爆破拆除模拟与优化崔正荣;赵翔【摘要】某8层框架楼房周围环境复杂,经分析需采用原地坍塌爆破拆除技术方案.为寻求最优爆破方案,先运用立柱钢筋骨架简化计算模型计算出立柱失稳的最小爆破高度,然后利用动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行原地坍塌爆破拆除层层模拟.在建模过程中,对梁、柱的交接处进行了弱化处理.通过对不同的爆破层高进行模拟,最终得出了最优爆破方案:爆破层高为底部5层,每层的立柱爆破高度为2.2m.将模拟得出的最优爆破方案用于实际,爆破取得了成功,爆堆高度误差不超过10％;另外,通过模拟与实际对比,发现仅立柱失稳并不能够满足结构整体失稳的要求,还需要考虑整个楼层的爆破高度.【期刊名称】《爆破》【年(卷),期】2014(031)002【总页数】4页(P100-103)【关键词】框架结构;原地坍塌;爆破高度;ANSYS/LS-DYNA;模拟【作者】崔正荣;赵翔【作者单位】中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司,马鞍山243000;天津水泥工业设计研究院有限公司,天津300400【正文语种】中文【中图分类】TU746.5随着经济的发展，城市化进程的加快，大量的废旧建构筑物需要拆除。

传统的人工拆除和机械拆除虽然对周围环境影响较小，但速度慢，人工消耗量大，易发生高处坠落和机械伤害，故对高层建筑并不适宜。

爆破拆除速度快，效率高，适用于高层建筑，近年已得到了广泛的应用。

常用的爆破拆除主要有原地坍塌爆破拆除和定向爆破拆除两大类。

原地坍塌爆破拆除对倒塌的范围要求较小，因而应用前景广阔。

但原地坍塌爆破拆除目前研究还不深，主要依靠长期积累的工程经验。

虽然原地坍塌爆破拆除有不少成功的案例，同样也有一些失败的例子。

众所周知，爆破拆除具有不可逆性，一旦失败就会造成严重后果，因此当务之急是对原地坍塌爆破拆除理论进行完善。

计算机模拟技术的快速发展为研究爆破拆除提供了新的手段和方法［1］，通过计算机模拟，能够预判爆破拆除方案是否可行以及优化爆破拆除方案。

复杂环境下低层框架结构楼房拆除爆破摘要：爆破拆除技术凭借其安全高效等特点，已经成为拆除建（构）筑物的首选技术。

近年来，随着楼房结构呈现规模大型化、环境复杂化和结构多样化的特点，针对复杂环境下低层框架结构楼房爆破拆除面临的施工难题，结合工程实例，分析了手术式锯齿形切口分解定向倒塌的爆破方式。

实践表明，该爆破技术取得了较好的施工效果，值得推广应用。

关键词：复杂环境；低层框架结构；楼房拆除；爆破1工程概况1.1基本情况苏州食品有限公司3#冷库爆破拆除工程位于苏州市工业园区娄江大道1536号原苏州肉联厂区域，因冷库建筑面积较大且高度较高，考虑到机械、人工难以拆除且工期较长，人身安全得不到保障，为确保安全，采用控制爆破拆除的方法。

1.23#冷库结构特点待爆冷库属于钢筋混凝土框架结构，该楼由主冷库楼、穿堂楼组成，主冷库楼共6层，穿堂楼共7层，建筑高度为37.1m，主冷库楼南北宽43.6m，东西长56m，穿堂楼南北宽11.5m，东西长52m，总建筑面积约为 18000 m2。

2施工难点根据待爆冷库的结构、环境和安全要求，经认真分析，有以下施工难点：2.1临近铁路线，安全要求严冷库北侧60m处为正在运行的铁路线，爆破时产生的振动、飞石、空气冲击波等有害效应必须控制在安全允许范围内，确保爆后周边需要保护的建（构）筑物及设备设施的安全。

2.2结构比较特别，技术要求高冷库高宽比近似为1，整体形状趋近于“正方体”，结构稳定，需选择科学合理的爆破方式，确保冷库既能按预定方向倒塌，又能在保证安全的情况下充分解体。

根据现场环境特点，冷库只有南侧场地可供倒塌，冷库南侧有电梯井、楼梯间，其结构比较坚固，如若处理不当，易形成新的支撑，影响待爆体的解体倒塌。

2.3临近交通干线，清场任务重该工程南侧33m为娄江大道，西侧85m为星港路，道路车流量大，北侧60m为正在运行的铁路线，爆破时，须对警戒区域内的人员车辆进行彻底清场，并且对警戒区域内的道路、铁路实现临时交通管制，控制车流量和行人，确保警戒区域内无任何人员车辆。