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华体会APP_框架结构建筑物拆除爆破模拟技术研究
本文摘要:概要:本文明确提出了使用受限单元法和多刚体动力学数值建模方法结合的仿真技术对框架结构建筑物拆毁炸开展开仿真的方法。

概要:本文明确提出了使用受限单元法和多刚体动力学数值建模方法结合的仿真技术对框架结构建筑物拆毁炸开展开仿真的方法。该技术可对结构的失稳、解体、坍塌运动过程、冲刷范围等问题展开预测或重现,有助提升拆毁炸开设计方案的安全性和可靠性。关键词:框架结构建筑物拆毁炸开数值仿真受限单元法多刚体动力学1、章节随着我国城市化进程的减缓,使用炸开方法较慢拆毁辟(可分)筑城物日益受到重视并被普遍使用。

然而在当前的炸开设计中,仍主要依赖工程师的工程经验来预测结构的坍塌过程,坍塌范围也仅有能使用经验公式展开估计。在遇上结构复杂的建筑物或炸开方案更为简单的情况时,工程经验及经验公式之后无法满足需要。随着计算机技术的发展,使用数值建模的方式对建筑物拆毁炸开展开仿真早已可以构建。

建筑物拆毁炸开的仿真是一个非常复杂的问题,必需依赖的简单的数值计算方法以及实验等其它非数值手段来解决问题。近年来国内外学者广泛使用的数值计算方法主要有理论力学法、受限单元法、DDA(DiscontinuousDeformationAnalysis)方法、线性单元法、个别元素法等,非数值计算方法主要有炸开专家系统等,获得了一些最重要成果。本文尝试运用受限单元法和多刚体动力学数值建模方法结合的数值仿真技术对框架结构建筑物拆毁炸开的仿真展开了研究。

2、有限元法与多刚体动力学仿真技术建筑物拆毁炸开是通过毁坏建筑物的关键顶盖部位使其丧失承载能力,使建筑物在可调起到下失稳坍塌,这个过程可视作结构由静力均衡系统转化成为多刚体动力系统的过程,使使用多刚体动力学数值建模方法和平面杆系结构有限元法对建筑物炸开拆毁过程的仿真沦为有可能,其建模流程如图1右图。平面杆系结构有限元法是建筑结构设计中应用于尤为普遍的一种方法。

建筑物拆毁炸开牵涉到的对象是建筑结构,因此在建筑物拆毁炸开设计中,可以运用平面杆系结构有限元法,对拆毁过程中有所不同阶段的结构内力(轴力、剪力和弯矩)展开分析,以便为拆毁炸开设计获取精确的依据,提升拆毁炸开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,在简单机构的动力分析中的应用于十分普遍。

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以多刚体动力学为理论基础的数值建模方法将现实世界中的简单机构系统概化作由约束机构连结若干刚体而出的树状结构,并自动构成系统的数学模型,运用计算机可视化技术对其解法结果展开可视化,以预测或重现机构系统的运动过程。在该多刚体动力学建模系统中可定义的刚体的质量、密度、体积、形状、质心、方位、速度与角速度以及刚体间撞击的能量损失率与摩擦系数等,并且可以定义铰链等约束的摩擦系数等以便仿真整个多刚体系统在坍塌运动过程中的能量损失。

该仿真技术使用较先进设备的变分方法创建刚体运动数学模型,运用Kutta-Merson分数方法对其解法,可准确计算出来刚体的运动路径和刚体间彼此的击穿和撞击不道德。3、建筑物拆毁炸开机理仿真3.1建筑物失稳及解体的仿真在建筑物拆毁炸开中,结构失稳的主要原因是关键顶盖部位的毁坏,适当的在仿真过程中将该被毁坏部位从整个结构中不予移除才可构建结构整体失稳条件的仿真。拆毁炸开中建筑物的解体毁坏分成三种方式:布孔施轰;建筑物炸开后不均匀分布行踪中构件刀柄拉压毁坏;建筑物的触地冲击毁坏。并且在拆毁炸开中,采行的坍塌方式有所不同,构件的解体方式也不尽相同。

如使用纵向弃横跨坍塌方式时,构件基本为受弯毁坏,而使用线脚弃段解体时,主要是柱体的轴向冲击挤压毁坏。所以在建筑物炸开仿真过程中,须要根据坍塌方式的有所不同确认有所不同的计算出来方案。

对于构件在坍塌过程中的毁坏情况,可计算出来结构中构件的各项无限大承载力,并运用平面杆系结构有限元法计算出来有所不同时段结构中的内力产于情况,依据以上的计算结果,辨别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,目前没成熟期的理论计算方法。

庞维泰【3】等曾对低层建筑物拆毁炸开中触地解体条件展开了研究。统计资料指出,要使建筑物落地后充份解体需有一定的落地速度。对预制件,砖结构,大约为6m/s;一般现制排架结构,大约为8m/s;刚架或较强的排架结构,需10m/s以上。

实际仿真过程中,若结构触地时超过了使其充份解体的速度则可将刚刚架结构转化成为多刚体系统,以仿真结构的触地冲击解体及随后的冲刷过程。在多刚体动力学建模系统中,结构中已构成的塑性铰用剪节点回应;而并未毁坏的危险性部位则用刚节点回应,若在先前时间里该部位转化成为塑性剪,则可以将刚刚节点更换为剪节点;当节点处的拉力多达其无限大抗拉强度或构件落地速度超过其几乎解体所需的速度时则可将约束移除,使其沦为互相独立国家的刚体,如图2右图。

3.2建筑物坍塌运动过程仿真在顶盖部位引信后,建筑物失稳,结构渐渐再次发生解体毁坏,构成一个由钢筋连接的混凝土块体系统,进而,结构将再次发生坍塌、控地解体、构成爆堆,此时,结构可抽象化为由许多刚体连结而出的多刚体运动系统。这个过程很难用连续介质力学来仿真,而可使用多刚体运动学数值仿真技术展开叙述,因此结构坍塌不道德可使用多刚体运动学建模系统来仿真。结构开始坍塌时承继了失稳时的解体毁坏形式,因此,在结构坍塌的动力学模型中应将结构初始失稳、毁坏情况作为坍塌运动仿真的初始条件。

在坍塌运动过程中,势必会再次发生块体的互相撞击,其中不会预示着撞击导致的能量损失和混凝土碎裂导致的能量损失,然而目前没成熟期的理论计算方法对其展开叙述。从工程实际看,在建筑物的塌陷过程中混凝土块体撞击时尤其是结构控地冲刷时,动能基本损失只剩,因此在仿真过程中原作垂直接触面方向的动能损失率为90%~100%。

4、算例4.1工程概况  炸开拆毁某7层框架结构楼房。框架结构为现浇框架,钢架楼板,混凝土等级为C20,柱横截面为400mm600mm,横向主梁横截面为300mm700mm,柱网布置闻图3,楼房的立面图如图4右图。

4.2炸开方案由于周围环境及建筑物本身形状的容许,对该建筑物使用水平弃横跨解体的炸开方案,结构的坍塌方向如图4右图。为了使结构失稳,必须自右向左依序炸开A~E分列立柱。炸开设计时,炸开高度分别所取一层、两层,排间引信时差分别所取0.1s、0.3s、0.5s、0.7s、1.0s展开计算出来,以分析有所不同条件下结构的失稳、毁坏、坍塌及冲刷情况。4.3失稳及解体仿真自由选择图4右图最右侧的一横跨框架的一榀作为研究对象,研究其失稳毁坏的条件。

使用平面杆系有限元法计算出来找到,炸开高度为一层和两层时,结构中构件的有可能毁坏(弯矩多达其无限大抵抗弯矩)情况基本相同,而随后依序炸开的各横跨框架的毁坏形式也与第一横跨基本相同。必需认为的是,构件的内力超过其无限大承载力时,不一定再次发生毁坏。实质上,梁柱节点中若梁首先再次发生了毁坏则丧失了将弯矩传送给柱的能力,从而维护了柱不不受毁坏;某种程度,若柱首先毁坏也可维护梁不不受毁坏,展现出出有梁柱节点自我维护的特点。而哪种构件首先毁坏各不相同构件的受力情况以及其无限大承载力,理论上谈,受力情况比较险恶的构件不应首先毁坏。

对该框架结构,主梁所不受弯矩小于柱而其无限大抗弯能力也显著高于柱不应首先再次发生毁坏从而确保柱体会受弯毁坏。最右侧框架的受力及毁坏形式如图5右图。4.4坍塌过程仿真以结构的失稳和初始毁坏情况为仿真初始条件,对该框架结构的各拆毁方案展开计算出来。

计算结果表明:当炸开高度为一层时其控地速度大约为6.5m/s,无法符合几乎解体拒绝,此时可使用人工舒爆以中止结构刚性,但不致减少工程量,并给炸开飞石的掌控带给艰难;而炸开高度所取两层时其控地速度大约为14m/s,可满足要求;排间的引信时差为0.5s左右时,坍塌过程较为理想。右图为爆高为两层、排间引信时差为0.5s时,结构坍塌过程的仿真。

...t=0st=0.5st=1.0st=1.5s...t=2.0st=2.5st=3.0st=3.6s图6结构坍塌过程仿真图仿真结果显示,整个结构从引信到几乎落地冲刷约须要3.6s,爆堆高度大约为5m,可超过原地塌陷的拒绝,坍塌及冲刷过程也基本与实际现象完全一致。在仿真过程中找到,在实行水平弃段解体方案时,立柱炸开高度和排间引信时差的自由选择是关系炸开否顺利的关键问题,必需从多个方面予以考虑。

5、结论本文的研究成果指出,使用受限单元法和多刚体动力学数值建模方法结合拆毁炸开仿真技术,可以对框架结构的失稳、毁坏、坍塌过程、冲刷范围等问题展开仿真预测,可以通过对整个过程的仿真为炸开方案的自由选择和优化获取依据,可有效地的提升建筑物拆毁炸开设计的水平和可靠性,具备较强的实用价值。但建筑物拆毁炸开中毁坏、坍塌、冲刷过程是一个非常复杂的力学问题,该仿真技术对其展开了许多修改处置,许多问题还须要更进一步探究。

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