砖烟囱爆破切口形状对切角和切口高度的影响分析.pdf

第 “卷第“期 年月 爆破 “ 2 . - 3 2 1 6 - 9 04 3 5 ; 3 - 9 / 1 5 2 8 “ ’ A 8 ; , B 8 C ; 8 - ; 8 C， D A E ; , 8 C3 8 ; F - 9 ; G，H , 8 C I A ’ “ 0，J A ; 8 , ； K ’ A - 87 8 9 ; , - C G， , 8 I A ’ - - 8 9 ; , ; ’ 8 A , M , 9 ; 8 C A ’ - G ; 9 8 ’ , N F , 8 N , 8 N A , , 8 C , 8 N A ; C A , - N - O ; 8 N’ 8 GM G P Q - ; 8 9L A 8 A ; O 8 G ; 9 N O ’ ; 9 A NM G ’ 8 - ’ NM , 9 ; 8 C， A ; 9 Q , Q - 9 , M ; 9 A 9 ,O , A R O , ; , O ’ N ’N - O ; 8 - 8 A ; O 8 G 9 A , Q 9 , - , N ’ Q N 2 A , A ’ - ’ O M ; 8 9 , 8 8 C ; 8 - ; 8 C P , O Q L ; A A O ’ N ’ , 8 , G I , 8 NN ; 9 9 9 A O ’ N ; 8N , ; ，, 8 NN - , L 9 9 ’ O ’ 8 9 ; ’ 8 9 - 0A 3 ; 9 1 A ; O 8 G； ’ 8 - ’ NM , 9 ; 8 C； 9 A , Q ； A ; C A ； , 8 C 收稿日期 . 0 . 作者简介 李玉岐 （“ S 0 0 .） ， 男； 杭州 浙江大学岩土工程研究所 “ 引言 烟囱爆破拆除时切角长度和切口高度的正确确 定是保证工程成功和取得最佳经济效益的一个非常 关键的因素。然而， 由于目前的爆破理论比较落后， 尽管一些学者得到了若干较有价值的公式 ［“ 5］ ， 但 对于指导工程爆破来说， 还是远远不够的。企望从 爆破切口形状出发， 分析烟囱的倒塌条件， 建立更加 准确的数学力学模型， 以确定合理的爆破切口形状、 最佳的爆破切口高度和爆破切角长度。 确定烟囱爆破切角大小的数学模型 的建立 对于长方形和倒梯形切口， 切口的顶部截面处 比较薄弱， 烟囱爆破拆除时首先从切口的顶部截面 处破坏， 故应着重研究切口顶部截面处的参数； 对于 组合形切口和梯形切口， 切口的底部截面处比较薄 弱， 烟囱爆破拆除时首先从切口的底部截面处破坏， 故应着重研究切口底部截面处的参数。 假设烟囱底部的内、 外半径分别为6 “、7“， 顶部 的内、 外半径分别为6 、7， 爆破切口圆心角为， 烟囱高度为8， 烟囱的密度为“， 并假设烟囱在整个 高度上内外径的变化是均匀的。 若选用长方形或倒 梯形切口时， 取爆破切口顶部截面距烟囱底部截面 万方数据 的距离为 “， 有几何知识可以分别确定切口顶部截 面处的内外半径“ “和 “， 切口顶部截面以上部分 的体积和质量， 切口顶部截面的余留面面积 4 ’ （ “0“ “） 4 ’ （ “0“ “）00（） ［2 * ’ （ “0“ “）4 9 04 9 （） 2 ’ 8 （* “0“ * “） （ 0004 9 04 9 ］ ） （ ’时） （） 式 （8） ， 式 （） 中， 77 为砌体的抗拉强度；意义见图 ’；77 “为砌体的抗压强度。 图’爆破切口设计图 当选用组合形切口或梯形切口时， 切口形成后， 受拉区域砌体的极限弯矩, 7 为 8* 爆破 , , *年月 万方数据 “ “ “ （’ ’ ’ ） （ * ）［ ’ , （, ’ , ） * （ ’ ］ ）（ -） 受压区域砌体的极限弯矩 “ 为 “ “ “ . “ （ ’ ）“（） ［ ’ , （, ’ , ） * * “（） （’ ’ ’ ） （ “ * * “］ ） （“时） “ ’ . “ （ ’ ）“（） ［ ’ , （, ’ , ） * * “（） （’ ’ ’ ） （ “ * * “］ ） （““ 时） （ ） 爆破切口形成后， 要保证烟囱倾倒， 就必须满足 倾倒力矩大于结构的极限弯矩与风力引起的弯矩之 和 （按风力方向与设计倒塌方向相反情况考虑） 。所 以， 当选用长方形切口或倒梯形切口时， // 0/ “ / “ （ ） 当选用组合形切口或梯形切口时， 0 “ “ （ ,） 由式 （） 式 （ ,） 即可以得到满足烟囱倾倒时的最 小切角大小。 , 确定烟囱爆破切口高度的数学模型 的建立 定向倒塌爆破拆除烟囱时， 在爆破切口形成瞬 间， 烟囱自身重力倾覆力矩必须大于承载截面抵抗 力矩， 切口闭合后， 烟囱能否继续倾倒， 取决于其重 心是否能偏出新支点。下面仍然从切口形状出发建 立烟囱爆破切口高度的数学模型。 , 1 梯形爆破切口时的最小切口高度确定 当采用梯形爆破切口时， 如图所示。 由于切口 的底部截面为薄弱面， 所以， 在爆破切口形成后， 在 重力作用下烟囱将首先从切口的底部截面处破坏。 设烟囱的重心位置为点， * 与 的夹角为-， 切口闭合角为“ -， 根据几何知识， 并使烟囱满足切 口闭合后重心偏出新支点的最小爆破切口高度,2 * 为 图梯形切口倒塌图 ,2 * “ ’ . “ （） * “- （ ’） , 1 长方形或倒梯形爆破切口时的最小切口高度 确定 当采用长方形或倒梯形爆破切口时， 如图,所 示。 由于切口的顶部截面为薄弱面， 所以， 当爆破切 口形成后， 烟囱将首先从切口的顶部截面处破坏。 设 烟囱的重心位置为-点， -与 -的夹角为-。 在 切口闭合前烟囱绕点旋转， 当切口闭合时， 假设 烟囱旋转了“ -角。 根据几何知识， 并使烟囱满足切 口闭合后重心偏出新支点的最小爆破切口高度,2 * 为 图,倒梯形切口倒塌 ,2 * “ / （/ ’ / . “ ） / . ’/ （ 3） , 1 , 组合形爆破切口时的最小切口高度确定 当采用组合形爆破切口时， 假设切口的梯形部 分恰好占圆周的一半 （即 - /） ， 如图’所示。 切口的 三角形部分夹角为 -， 梯形部分夹角为。 假设当 4’ 第 卷第期李玉岐等砖烟囱爆破切口形状对切角和切口高度的影响分析 万方数据 切口的三角形部分闭合时， 点落在了“ 点，点 落在了点， 当梯形部分闭合时， 点落在了点。 由几何知识并结合倾倒条件可得， 图组合形切口倒塌图 “ ’ ’ * * “ , （ * “ ） * （* * “ , - “ ） 同时， 要使切口稳定闭合， 还必须使 “； 由此决 定 “后， 可以得到烟囱的最小切口高度,. ’ 为 ,. ’ -’ - “ * “ , - （“ /） 工程实例分析 某砖砌烟囱， 高度为 .， 底部内、 外半径分别 为“ 0 1.、 , 0 “ 2.， 顶部内、 外半径分别为 0 / “.、 0 2 3 .， 密度约为“ 0 2- ／. 4， 砖的强度等级为 56 , ， 砂浆的强度等级为5 1 0 3， 风力强度等级为 一级。根据建立的模型进行计算， 当采用长方形切 口或倒梯形切口 （取倒梯形的夹角为 3 7） 时， 取切 口上部截面离地面距离为, 0 .可得最小切角为 “ 2 8 7； 当采用梯形切口 （取梯形的夹角为 3 7） 时， 取 切口下部截面离地面距离为 0 3.可得最小切角 为“ 1 8 7； 当采用组合形切口时， 取切口下部截面离 地面距离为 0 3.可得最小切角为“ 2 “ 7。最小切 口高度与切口形状和切角大小的关系如图3。 根据工程实例的计算可知， 选用不同的爆破切 口形状， 对最小切角影响较大。由图3可知， 不仅切 口形状影响最小切口高度， 而且切口角度也影响最 小切口高度， 切口角度越大， 最小切口高度也越大。 同时， 还可以看出， 在采用该模型进行计算分析时， 最小爆破切口高度比实际工程上采用的偏小， 这主 要是从事实际工程时， 由于选用的切角大小不够合 理， 造成爆破切口形成后， 余留面一侧被拉裂的时 候， 另一侧已经被压跨了， 所以， 实际有效的爆破切 口高度比选用的爆破切口高度要小的多。当然， 由 于建立的确定最小爆破切口高度的数学模型是建立 在余留面一侧被拉裂而受压侧不被压坏的前提下得 到的， 具体工程的影响因素很多， 在具体确定最小爆 破切口高度时， 要乘以一个适当的安全系数。 图3最小切口高度、 切角大小与切口形状关系图 3 结论 通过对工程实例的计算和分析可知， 爆破切口 形状对爆破切口角度和最小爆破切口高度有较大的 影响。根据模型确定合理的切角大小， 使得切口形 成后不至于烟囱受压侧过早压垮而造成切口过早闭 合， 可以保证切口高度充分发挥作用而使得最小切 口高度值有较大的降低。当然， 在工程实例分析中 的切角大小和切口高度是在纯粹的理论推导下得到 的结果， 而实际的工程爆破中， 由于影响因素很多， 还应该选择一个合理的安全系数。 参考文献 ［“］ 李守巨， 刘玉晶0爆破拆除砖烟囱爆破切口范围的计算 ［9］0工程爆破， “ 8 8 8，3 （,） “ 0 ［,］ 成新法， 冯长根， 黄卫东0筒形薄壁建筑物爆破拆除切 口研究 ［9］0爆破， “ 8 8 8，“ / （4） “ 3 “ 8 0 ［4］ 杜引刚0钢筋混凝土烟囱承载力计算 ［9］0西安建筑科 技大学学报， “ 8 8 3，, 1 （4） , 2 , 2 1 0 ［］ 言志信0筒体结构定向倾斜过程分析 ［9］0力学与实践， “ 8 8 1，“ 8 （,） 2 3 0 ［3］ 李元亮， 奉孝中0钢筋混凝土烟囱定向爆破拆除的力学 分析 ［9］0爆破器材， “ 8 8 2，, 1 （） , 8 4 “ 0 ［/］ 杨栋0钢混烟囱控制爆破拆除及近场地震效应的研 究 ［］0沈阳 东北大学， “ 8 8 / 0 3 爆破 , 年4月 万方数据