反向双切口爆破拆除楼房切口参数研究.pdf

第3 0 卷第4 期 爆破 V o l 3 0 N o ．4 2 0 1 3 年1 2 月B L A S T I N G D e c ．2 0 1 3 ●_ _ _ _ ●●_ _ _ _ _ _ _ _ _ ●I _ _ _ ●_ _ _ _ ●I _ _ _ _ _ - I _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ l _ _ _ _ _ _ _ _ _ ●●_ _ _ _ ●_ - _ _ _ _ _ I _ _ _ _ _ _ _ _ _ ●●_ _ _ _ _ _ _ _ ●●I ●_ _ _ _ d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 3 ．0 4 ．0 2 2 反向双切口爆破拆除楼房切口参数研究 魏晓林 广东宏大爆破股份有限公司，广州5 1 0 6 2 3 摘要双切口反向倾倒拆除楼房，一般是上切口闭合，形成双体双向运动，上体翻倒，下切1 7 再闭合。由 此，应用了多体动力学，考虑了双体在下体顶面翻倒的双体运动和阻尼能耗，推导了上体在下体上翻倒时，楼 房上体高宽比叼2 分别与上、下切口高与宽比和土切1 7 底高与楼宽比A 2 、A l 和2 ，的关系，即A 2 0 ．4 0 ．7 、 A ．一o ．6 ～0 ．8 ．4 l ，叼2 ≥1 ．4 5 时，上体可在下体上翻倒。具体叼2 和A 2 关系，可根据主惯量比七f 和A l 从算 图中插值得到，相应下切1 7 起爆时差可参考上切口闭合时间t ，从另一算图中插值相似时间￡’得到。 关键词爆破拆除；楼房；反向多切口；切口参数 中图分类号T U 7 4 6 ．5 文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 3 0 4 0 0 9 9 0 5 C u tP a r a m e t e ri nE x p l o s i v eD e m o l i t i o no fB u i l d i n g 而t hT w oR e v e r s eC u t t i n g s W E IX i a o ．1 i n G u a n g d o n gH o n g d aB l a s t i n gC oL t d ，G u a n g z h o u51 0 6 2 3 ，C h i n a A b s t r a c t W h e nb u i l d i n gw a sd e m o l i s h e db yt w oc u t si nr e v e r s e dd i r e c t i o n ，t w ob o d ym o v e m e n t sw e r eu s u a l l y f o r m e ds i n c eu p p e rc u tc l o s e d ．B a s e do nt h em u l t i - b o d yd y n a m i c sa n dc o n s i d e r i n gt h ed a m pd y n a m i cw a s t a g ew i l i n g o fu p p e rb o d yo nl o w e rb o d y ，w h e nu p p e rb o d yW a st o p p l e d ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nr a t i oo fu p p e rb o d yh e i g h tt o b u i l d i n gw i d t h 叼2 a n dAl r a t i oo fd o w nc u t t i n gh e i g h tt ow i d t h ，A 2 r a t i o no fu p p e rc u t t i n gh e i g h tt ow i d t h a I l d f ， b o t t o mh e i g h tt ob u i l d i n gw i d e w e r ed e d u c e d ．U n d e rt h ec o n d i t i o n s ，n a m e l y ，A 2 0 ．4 ～0 ．7 ，A l 一0 ．6 0 ．8 ， 2 ， 1a n d 叼2 ≥1 ．4 5 ，t h eu p p e rb o d yo nl o w e rb o d yc o u l db et o p p l e d ．H o w e v e r ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e na n dc a l lb e f o u n db yn u m e r i c a lv a l u e ，矗，，Ali n s e r t e df r o mc a l c u l a t i n gf i g u r e s ．C o r r e s p o n d i n gf i r i n gt i m ei n t e r v a lb e t w e e nu p p e r a n dl o w e rc u t sc o u l db er e f e r r e dt oc l o s et i m eto fu p p e rc u ta n do b t a i n e dw i t hs i m i l a rt i m et ’i n s e r t e df r o ma n o t h e r c a l c u l a t e df i g u r e ． K e yw o r d s e x p l o s i v ed e m o l i t i o n ；b u i l d i n g ；I T ／o r ec u t t i n gi nr e v e r s ed i r e c t i o n ；c u t t i n gp a r a m e t e r 近年来，多切口拆除楼房的切口参数，长期以来 并未引起人们足够重视，国内外还没有这方面的研 究。2 0 0 1 年以来，参考文献[ 1 ，2 ] ，以下简称“文 献”，从静力学推导了单切口定向整体倾倒楼房的 切口参数。但是直至现今，还没有从建筑物倒塌动 力学研究反向双切口拆除楼房的切口高度∞一J 。因 此，为了弄清楼房反向多切口爆破拆除的规律，试图 收稿日期2 0 1 3 0 4 1 8 作者简介魏晓林 1 9 4 0 一 ，男，教授级高级工程师，从事工程爆破 和矿山安全研究， E m a i l w x l _ 4 0 1 6 3 ．e o m 。 从结构倾倒动力学出发，研究了双切口反向倒塌楼 房的上下切口和其位置等参数，与楼房高宽比的关 系，并建立判别楼房翻倒的图表。 1 切口参数 剪力墙和剪框结构楼房，当采用双切口反向倾 倒时，一般是上切口先起爆，延迟约0 ．8 ～1 ．5s ，上 切口快闭合时，才爆破下切口，形成双切口反向折叠 倾倒。当上切口重心翻过前趾闭合点后，上下体折 万方数据 万方数据 第3 0 卷第4 期魏晓林反向双切口爆破拆除楼房切E l 参数研究 1 0 1 上体刚绕厂轴整体转动的转速奇，，根据质心动量 矩守恒定律，并考虑上切口闭合的完全塑性碰撞旧’5 o 毒， q 2 J 2 c ／．，r m 2 秽2 。r o sq r m 2 移2 。y r s i nq ， ／J 6 式中j r 为上体对，点的转动惯量； 如 ％r r 2 ；0 为 质心c 2 到下体撞击点，的距离；凡为上体的主陨量。 g ， a r c t a n [ B r 2 s i n9 2 ／ r 2 c o sq 2 ] 7 上切口闭合后为双体运动，上体以前趾，为轴 心逆时针向前继续转动，在顺时针转动的下体上整 体翻转。若g ， 0 ，即上体质心C 在前趾支撑在下 体点，的后方，上体楼绕过前趾翻倒必需提高质心 C ，其翻倒条件为方程 1 的解 9 2 0 ，9 2 ≥q 2 6 8 式中圣孙为保证翻倒富余速度。下、上切口支撑部钢筋 拉断所需做的功分别为E n ，E a 0 ，见文献[ 3 ] 中 7 ．4 ．1 ．2 节；当支撑部未切割钢筋，均简化设巨。 0 ， M 0 ，并将由此产生的误差考虑到童∞中，垂∞取0 ．3 ／s 。 满足式 8 的式 1 和式 2 的解，即当不同 Z i l l ／B 的不同下切口高A 。 取下坐后 ，楼房高宽 比7 1 H ／B 和叼2 h 2 ／B 与上切口高宽比A 2 h c d 2 ／B 的关系，它们仅与转动主惯量比庇j 、A 。和Z i 有关，而与m 、m 。无关，而与B 相关较少，基本无 关。图中计算依据的其他参数，取自青岛1 5 层远洋 宾馆∞J ，见文献[ 3 ] 1 8 0 页，但是，最终证明这些参数 也与方程的解无关。由于方程 1 只能数值求解， 现将满足式 8 的式 1 和式 2 的解表示于图3 。 从图中可见，上体高宽比7 ／2 h 2 ／B ≥1 ．4 5 ，h 为上 体高，而A 2 I I l 舳／B 0 ．4 0 ．7 ；7 ／ 叼2 Z j ，A 1 7 l 。耐。／B 0 ．6 ～0 ．8 ，而方程的解与Z i 关系不大。转 动主惯量比后i J c o ／J 。，J 。为切口形成后楼房主惯 量，L 为同楼房实心主惯量，以简化计算，上体J c a m 曰2 h ； ／1 2 ；J ．o 可用像物变换法快速建模计 算旧1 ；绝大多数的楼房的后j 0 ．7 5 ～1 ．2 5 。图中显 示了当奇2 6 0 ．0 7 ／s ，Z i 1 ，后， 0 ．8 5 ～1 ．1 5 ，A l 0 ．6 0 ．8 的A 一7 7 O r7 1 。 关系，括号内0 1 “ 代表为“或 者”，以下与此相同。当A 一 7 o r 叼。 的点位于插 值曲线右上方的叼时，是满足双切口反向翻倒的动 力学近似条件。插值曲线由图中相关后i 曲线插值， 又从插值结果延续再由A ，插值获得。当Z i ≠1 时， 可按Z i 1 的叼为基点，以相对差d 叩2 0 ．0 9 d Z ， 调整，式中，d Z i 为Z i 的相对差。而A ～叼 O r 叼。 的点位于图3 插值曲线右上方叼的1 1 0 ％以内时， 必须准确决定翻倒，应以文献[ 3 ，5 ] 所述方法和公 式计算为准。插值曲线的误差，是因为方程 1 数 值解的误差所引起，并随计算时间间隔，和％ O r7 1 的变化而变化。算图中白。已减小到奇。 0 ．0 7 ／s ，应 用时应取1 ．1 7 ／ 相当于白拍 0 ．3 ／s ，以留有余地。 综上所述，根据插值算图3 ，已知日、H O ／“ h 和Z i 、 A ，就可以按动力学条件设计出反向倾倒爆破拆除 楼房的双切口高度 砌、 础和Z 。。下切口的起爆延 迟时间t i ，应接近式 5 表示的上切口闭合时间t ，可 从图4 查值相似时间t7 ，t tr ／B 。当t i t 时，也因上切口闭合后，下体 不动，由的迅速减小，导致尔后上体的翻倒可能降 低。见表1 、表2 。 图3 楼房上体反向在下体上翻倒的A ～7 7 O F7 7 。 I 1 关系 F i g ．3 R e l a t i o nA 2 ～7 7 2 O r7 7 o fu pb o d yt o p p l e dO i ld o w nb o d y f ， 1 万方数据 0 2爆破 2 0 1 3 年1 2 月 ，‘ 4 4 04 3 4 2 】4 1 jc 1 。一 0 4 } 3 9 j 8＼一． J37 ”’马4 4 505 J5 5o6 6 5o7 A 图4 楼房上体反向在下体上翻倒的A 一￡’ Z i 1 关系 F i g ．4 R e l a t i o nA 2 ～t ’o fu pb o d yt o p p l e do nd o w nb o d y t 1 表1 图3 和图4 中符号意义 T a b l e1 M e a n i n ga b o u ts y m b o l si nf i g u r e3a n d4 曲线8 ln 2％ b lb 2b 3 砖0．85 1 ．01 ．1 5 0 ．8 51 ．0’1 ．1 5 A l 0 ．60 ．60 ．60．8 0 ．80 ．8 表2 爆破拆除反向多切口楼房翻倒高宽比和起爆时差实例 T a b l e2T h ec o n t r a c tb e t w e e nh i g h n e s sa n dw i d eo fb u i l d i n gd e m o l i s h e db yb l a s t i n gi no v e r t u r n w i m2 - 3c u t t i n gi nr e v e r s ed i r e c t i o na n dt h et i l n e d i f f e r e n c eo fc u t t i n gb l a s t i n g 爆破拆除反向多切口楼房翻倒实例与相应查 图值，见表2 。从表中查图叼，因例3 和例4 为3 折 叠爆破，因此均未以‘调整叼。例2 查图叼 1 ．8 2 ，‘ 2 ．0 7 ，故d 叼2 o ．0 9 2 ．0 7 1 o ．1 ， 最终田为1 ．8 2 1 0 ．1 2 ．0 0 。如果减少上切口 底高z 。 ‘ ，叼也降低，楼房更易翻倒，而z ， ‘ 增 大，上体更难在下体上翻倒。例1 下体在上切口下 隔层再爆1 层，‘ 1 ．1 9 未调整， 7 仅作参考。从表 万方数据 第3 0 卷第4 期 魏晓林反向双切口爆破拆除楼房切口参数研究 1 0 3 中可见，实例1 、2 和3 的卵，均大于图3 ，各例上体 均翻倒；而例4 的叼 1 ．3 3 却小于图3 的2 ．0 ，并且 中切口起爆迟后上切口时差2 ．5S ，比图4 的t ’ 0 ．4 3 ，t 0 ．4 3 √1 4 ．7 1 ．6 5S ，起爆时差t i 2 ．5S 大了很多，致使上体实际并未翻倒而是坐落在爆堆 上。由此可见，算图3 插值是符合实际的，是可以应 用于实际工程中的。此外，从表中可见，各例除例4 外，相邻下部切口的起爆时差，略小于图4 的t 值， 也基本切合实际。比较其他拆除爆破方式，单切口 整体翻倒，和同向双切口整体翻倒∞引，其楼房高宽 比r ／ 2 ．0 8 ，而图3 中7 7 _ 、叼2 Z ， 1 ．4 5 0 ．8 2 ．2 5 却大些，可见反向双切口爆破并不一定提高翻 倒能力。反向双切口主要是减小了爆堆前后沿宽， 见文献[ 3 ，5 ] 。 2 结语 应用多体一离散体动力学判断了反向双切口爆 破拆除楼房的倒塌姿态_ 3 ’4J ，即双切口反向倾倒拆 除楼房，都是上切口闭合形成双体运动后，下切口再 闭合。由此，推导了上体在下体上反向翻倒时，楼房 高宽比田。和上体高宽比叼分别与上、下切E l 高与 宽比和上切E l 底高与楼宽比A 、A ，和Z ，的动力学关 系，即A2 0 ．4 ～0 ．7 、A l 0 ．6 ～0 ．8 、Z ， 1 ．0 、叼2 ≥ 1 ．4 5 时，上体可以在下体上翻倒。具体A 和7 7 、叼。 关系，可根据转动主惯量比I | } i 和A 。从算图中插值 叼得到，并以Z i 调整。上、下切口起爆时差，也可查 图相似时间￡’计算参考。 [ 2 ] [ 2 ] [ 3 ] 参考文献 R e f e r e n c e s 金骥良．高耸建筑物定向爆破倾倒设计参数的计算公 式[ c ] ∥工程爆破文集 第七辑 ．成都新疆青少年 出版社，2 0 0 1 4 1 7 ．4 2 1 ． J I NJ i l i a n g ．T h ec o m p u t a t i n gf o r m u l a eo ft h ed i r e c t i o n b l a s t i n gc o l l a p s i n go nt o w e r i n gc o n s t r u c t i n g [ c ] ∥E n g i n e e r i n gB l a s t i n gC o r p u s S e v e n t hC o r p u s ．C h e n g d u X i n j i a n gT e e n a g e rP r e s s ，2 0 0 1 4 1 7 4 2 1 ． i nC h i n e s e 金骥良高层建 构 筑物整体定向爆破倒塌的切口参 数[ J ] ．工程爆破，2 0 0 3 ，9 3 1 - 6 ． J I NJ i - l i a n g ．T h ep a r a m e n t e r so fb l a s t i n gc u t f o rd i r e c t i o n a l c o l l a p s i n go fh i g h r i s eb u i l d i n g s a n dt o w e r i n gs t r u c t u r e [ J ] ．E n g i n e e r i n gB l a s t i n g ，2 0 0 3 ，9 3 1 - 6 ． i nC h i n e s e 魏晓林．建筑物倒塌动力学 多体一离散体动力学 及 [ 3 ] [ 4 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 9 ] 其爆破拆除控制技术[ M ] ．广州中山大学出版社，2 0 1 1 ． W E IX i a o l i n ．D y n a m i c so fb u i l d i n gt o p p l i n g m u h i b o d y d e s c r e t e b o d yd y n a m i c s a n di t sc o n t r o lt e c h n i q u eo fd e m o l i t i o nb yb l a s t i n g [ M ] ．G u a n g z h o u Z H O N GS h a nU n i v e r s i t yP r e s s ，2 0 11 ． i nC h i n e s e 魏晓林，傅建秋，李战军．多体一离散体动力学分析及 其在建筑爆破拆除中的应用[ c ] ∥庆祝中国力学学会 成立5 0 周年大会暨中国力学学术大会’2 0 0 7 论文摘 要集 下 ．北京中国力学学会办公室，2 0 0 7 6 9 0 ． W E IX i a o l i n ，F UJ i a n q u ，L IZ h a n - j u n ．A n a l y s i so fm u l t i b o d y d i s c r e t e b o d yd y n a m i c sa n di t sa p p l y i n gt ob u i l d i n g d e m o l i t i o nb yb l a s t i n g [ C ] ∥C o l l e c t a n e ao fD i s c o u r s eA b s t r a c to fC C T A M 2 0 0 7 I I ．B e i j i n g C h i n aM e c h a n i c sA c a d e m yO f f i c e ，2 0 0 7 6 9 0 ． i nC h i n e s e 魏晓林．多切口爆破拆除楼房的爆堆[ J ] ．爆破，2 0 1 2 ， 2 9 3 1 5 1 9 ． W E IX i a o l i n ．M u c k p i l eo fb u i l d i n ge x p l o s i v ed e m o l i t i o nw i t h m a n yc u t t i n g [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 1 2 ，2 9 3 1 5 1 9 ． i nC h i n e s e 陈培灵，李文全，金骥良，等．大连金马大厦双向折叠 爆破拆除技术[ c ] ∥中国爆破新技术Ⅲ．北京冶金工 业出版社，2 0 1 2 4 9 7 5 0 8 ． C H E NP e i l i n g ，L IW e n q u a n ，J I NJ i l i a n g ，e ta 1 ．D e m o l i t i o no fd a l i a nj i n m ab u i l d i n gb yt w o d i r e c t i o nf o l d i n gb l a s t i n gt e c h n o l o g y [ c ] ／／N e wT e c h n i q u e si nC h i n a Ⅲ．B e i j i n g C h i n aM e t a l l u r g i c a lI n d u s t r y P r e s s ，2 0 1 2 4 9 7 - 5 0 8 ． i nC h i n e s e 谢先启，韩传伟，刘昌邦．定向与双向三次折叠爆破拆 除两栋1 9 层框剪结构大楼[ c ] ∥中国爆破新技术Ⅱ． 北京冶金工业出版社，2 0 0 8 3 6 6 3 7 0 ． X I EX i a n q i ，H A NC h u a n w e ，L I UC h a n g b a n g ．D e m o l i t i n go ft w o1 9 一s t o r e yb u i l d i n go ff l a m ea n ds h e a rw a l lb y d i r e c t i o na n db i d i r e c t i o n 3 一t i m e s f o l d i n gb l a s t i n g [ c ] ∥ N e wT e c h n i q u e si nC h i n aI I ．B e i j i n g C h i n aM e t a l l u r g i c a l I n d u s t r yP r e s s ，2 0 0 8 3 6 6 - 3 7 0 ． i nC h i n e s e 高主珊，孙跃光，张春玉，等．2 0 层剪力墙结构定向与双折 叠爆破拆除[ J ] ．工程爆破，2 0 1 0 ，1 6 4 5 1 5 4 ，2 5 ． G A OZ h u s h a n ，S U NY u e q u a n g ，Z H A N GC h u n y u ，e ta 1 ． D e m o l i t i o no f2 0 一s t o r e yb u i l d i n gw i t hc h e a rw a l ls t r u c t u r e b yd i r e c t i o na n db i d i r e c t i o n a lf o l d i n gb l a s t i n g [ J ] ．E n g i n e e f i n gB l a s t i n g ，2 0 1 0 ，1 6 4 5 1 5 4 ，2 5 ． i nC h i n e s e 魏晓林．双切口爆破拆除楼房切口参数[ c ] ∥中国爆 破新技术Ⅲ．北京冶金工业出版社，2 0 1 2 5 7 6 ．5 8 0 ． W E IX i a o l i n ．C u t t i n gp a r a m e t e ro fb u i l d i n gd e m o l i s h e d b yb l a s t i n gw i t ht w oc u t t i n g [ c ] ∥N e wT e c h n i q u e si n C h i n a1 1 1 ．B e i j i n g C h i n a M e t a l l u r g i c a lI n d u s t r yP r e s s ， 2 0 1 2 5 7 6 - 5 8 0 ． i nC h i n e s e 万方数据