4 LS - DYNA 在工程结构爆破拆除中的应用
4. 1 爆破分类
工程结构的爆破方式有两种:一种是将装药设置在构件内部,称为内部爆破;另一种是将装药设置于构件表面或以外,称为外部爆破。外部爆破又分为接触爆破与非接触爆破:接触爆破是指装药至少以其一个面与构件的表面直接接触;非接触爆破是指装药与构件表面之间有一定的距离[4 ] 。
4. 2 爆破拆除特点
(1) 爆区周围环境复杂 拆除爆破一般是在城市闹市区、居民区、厂区或厂房内进行,在爆区内或附近往往有各种建筑物、管道(如输水管、输气管) 、线缆(如高压线和通讯线路等) 和其它设施,环境十分复杂。进行拆除爆破时,不能为了拆除某个建筑
物而破坏周围的设施,更不能引起人员伤亡事故。因此,在进行爆破设计和施工时,要确保周围人员、设备、设施及建筑物、构筑物的安全。
(2) 爆破对象复杂 爆破对象可能是各种建筑物或构筑物,它们在结构形状和材质上大不相同,建筑时间各异,很多建筑物或构筑物没有原始资料。因此,应对爆破对象全面了解,根据不同的爆破对象选择不同的拆除方案、布孔参数和装药量。
(3) 起爆技术复杂 采用爆破方法拆除建筑物时,由于拆除方案的需要,在布孔和起爆方式上与常规爆破有很大区别。有时一次需要起爆千万个药包,这些药包又往往需要分批延期起爆,在间隔时间和起爆顺序上需要进行严格控制。
(4) 工期紧 一般要求限期完成,给爆破设计与施工造成很大的困难。
4. 3 国内外拆除爆破的发展概况
20 世纪60 年代,美国、日本、瑞典等国已将爆破技术应用于城市建筑物的拆除。进入70 年代以后,随着爆破理论、施工技术的发展,各类破碎剂的研制成功,以及以水为传能介质的水压爆破等新技术的应用与不断完善,进一步扩大了工程爆破的应用范围。近十几年,已成功地应用爆破技术拆除80层以上的楼房、200 m 以上的烟囱,并在海底爆破、营救地震受害人员等方面取得了良好的效果。我国在工程结构爆破拆除等方面,居先进国家之列。1958 年,东北工学院在国内首次用爆破方法拆除了120 m 高的钢筋混凝土烟囱,开了我国拆除爆破之先河。1979 年,铁道部第四勘测设计院使用
水压爆破拆除了容积约33 m3 、壁厚015 m 的钢筋混凝土高压滤水缸。1999 年,在上海又成功地拆除了16 层、高67 m 的长征医院病房楼。2002 年,我国首座240 m 现代化预应力斜拉桥———三台涪江大桥成功实现爆破拆除,紧接着,连接成都双流县至崇
州市(即双崇公路) 的一座363124 m 钢性轻型拱桥———擦耳大桥成功实现爆破拆除[4 ] 。
4. 4 爆破拆除实例
三台涪江大桥的爆破拆除如图1 所示。另某座拱桥爆破拆除前后如图2 所示。
4. 5 采用LS - DYNA 进行爆破设计
爆破设计是拆除爆破工程中一项必不可少的环节。只有通过周密的设计,根据不同的目的要求、爆破对象和周围环境选择最佳的爆破方法和爆破器
2005 No15 伍建强,等:LS - DYNA在工程结构抗爆中的应用
图1 三台涪江大桥的爆破拆除
图2 某座拱桥爆破拆除前与爆破拆除后
材,确定合理的爆破参数,控制介质的破碎效果,抛掷和坍落方向,爆破公害等,才能使拆除爆破工程获得成功。LS - DYNA 给爆破设计提供了一个有力的计算工具,它能较准确地模拟炸药爆炸对结构的破坏。因此,在爆破设计中,LS - DYNA 有着重要用途。
5 LS - DYNA 在工程结构抗爆设计中的应用
近几十年内,国际社会有些动荡不安,局部战争(如南联盟、伊拉克战争) 和国际恐怖主义(如世贸大厦被炸) 时有发生。1999 年,南联盟的多架桥梁曾被炸毁。除此之外,一些意外因素也会导致结构建筑物的破坏,如1968 年,由于煤气爆炸,Ronan Point
高层公寓大楼发生倒塌[5 ] 。一般来说,没有进行抗爆设计的结构和进行抗爆设计的结构有很大差别,对于已经抗爆设计的结构在爆炸荷载作用下的损伤和破坏都只是局部的, 一般不会造成结构的整体破坏。
近几年来,现代大型工程结构越修越大,一旦发生突发事件,其损失是十分惨重的。因此,很有必要对工程结构进行抗爆设计,它与抗震设计、抗风设计同等重要。LS - DYNA 可为工程结构抗爆设计提供一个有力的计算工具和理论基础。
6 结 语
LS - DYNA 程序在处理爆炸荷载有很大的优势, 它只需将炸药定义为炸药单元( 3 MAT -HIGH- EXPLOSIVE- BURN) , 采用Lagrange 或Euler 方法模拟炸药爆炸过程,能够比较方便地确定结构内力和位移随炸药爆炸过程的变化。由于钢筋混凝土结构用人工拆除十分困难,必然采用使用越来越广泛的爆破拆除。在成功进行爆破拆除前,采
用LS - DYNA 进行爆破设计,确定所需炸药量以及布药位置等,使爆破拆除技术安全化。现代大型工程结构目标巨大,突发事件不可避免。为减少突发事件带来的损失,采用LS - DYNA 对工程结构进行抗爆设计,增强其抵抗爆炸荷载的能力,使其在一些突发事件中具有较强的生命力。
参考文献:
[1 ] 赵海鸥. LS - DYNA 动力分析指南[M] . 上海:兵器工业出版
社,2003.
[ 2 ] 张守中. 爆炸与冲击动力学[M] . 北京:兵器工业出版社,1991.
[ 3 ] 李国豪. 工程结构抗爆动力学[M] . 上海:上海科学技术出版
社,1985.
[ 4 ] 张云鹏,等. 拆除爆破[M] . 北京:冶金工业出版社,2002.
[5 ] 林同炎,等. 结构混凝土手册[ M] . 北京: 中国铁道出版社,
1991.
