高耸建筑物倒塌过程分析.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除高耸建筑物倒塌过程分析精仪系 机25班 陈博翁 020791摘要：本文应用所学过的力学知识，对高耸建筑物（以烟囱为例）爆破拆除的倒塌过程进行分析，并结合工程实际给出结论。关键词：爆破拆除，倒塌过程，烟囱引言：在烟囱等高耸建筑物的拆除中，由于人工拆除需要工人高空作业，因此一般不采用；实际常采用的拆除方法是定向爆破拆除。这种方法经过几十年的工程实践，已经积累了不少经验。近年来，国内也多次采用该方法来拆除烟囱等高耸建筑物。本文从力学原理出发，结合工程实际，对烟囱爆破拆除的全过程进行分析，得出与实际观察结果大致相似的结论。一烟囱的倾倒原因1分析：在烟囱的拆除过程中，人们通常是在烟囱倾倒方向的下部利用爆破形成一个缺口，并以保留部分作为支撑，这样，缺口就相当于一个铰链，缺口以上部分就在重力矩作用下绕缺口作定轴转动，落地撞击解体粉碎。下面就对烟囱的倾倒原因作定量说明。hcCGDOABLrCGODA(B)图1图22简化模型：烟囱是筒形物体，有一定的壁厚d=外半径r外-内半径r内。在目前所学的知识范围内，作为简化模型（I），不考虑壁厚d，而设想烟囱为一半径为R=（r外+r内）/2的薄壁圆筒；设烟囱是刚体。3定量说明：设烟囱重心高度hc，爆破后形成缺口形状如图。1）形成缺口后，重力对点 O的矩为 MG=Gr OD部分可提供的约束力偶设为 MOD若MGMOD ，烟囱将绕O点作定轴转动。实际上，由于烟囱所受的重力很大，这个条件极易满足。2）在转过一个小角度后，A、B点重合，此时若G的作用线在A点右侧，则在重力矩作用下烟囱将绕A（B）点作定轴转动直到落地。 由图1 tan=L/(R+r) 由于一般LR 代入 ，有 LR(R+r)/hc4结论：根据 式，欲使烟囱顺利倾倒，缺口高度L不可以太小。二烟囱倾倒的过程1简化模型：在烟囱绕A点转动后，作为简化模型（II），烟囱可视为一匀质杆。2分析：从烟囱截取长为x的一段EF为研究对象，EF受力情况分析如下：重力xG/L ，EF切向加速度引起的惯性力F1，EF法向加速度引起的惯性力F2，F截面上的约束力F3，F4，约束力偶Mx。使烟囱从F面断裂的主要原因是Mx，分析如下：研究F截面，可见Mx是由压力T1，拉力T2提供的。若T2超过材料所能承受的最大拉力，则F面处将断裂。xG/LAFEFT1T23定量说明：图3中，以F点为矩心（F2、F3、F4对F点的力矩为零），由动静法，列EF部分的力矩平衡方程： -MG-MF1+Mx=0 而MG=xGsin*x/2L Mf1=m(L-x)*x*x/2L+mL-(L-x)*x*x*/3L以整体为研究对象求：mgLsin=mL2*/3=3gsin/2L 代入 ，整理得：Mx=0.25WLsin(x/L)2(1-x/L)求Mx的极值，有dMx/dx=0x=2L/3匀质烟囱各处所能承受的最大拉力均相同，那么如果烟囱发生断裂的话，断裂面将在2L/3处。4结论：由以上的计算可知，在烟囱的匀质杆简化模型中，距顶部2L/3处最可能发生断裂。但是，这只是个理论结果。在实际工程问题中，本简化模型的一个重要假设无法得到满足：烟囱各处所能承受的最大拉力往往不相同。实际上，人们所要拆除的烟囱通常都是使用多年、有严重老化现象的。一般情况下，在烟囱的某些部位已经有一些裂纹，这些地方所能承受的最大拉力显著减小，因此，最可能发生断裂的将是这些部位而不是2L/3处/。三烟囱落地后飞散石块的估算1分析：当烟囱落地时，其末端部分的速度可以非常大，与地面碰撞后反弹起的石块，这就形成了所谓的“飞石问题”。2简化模型：仍使用 三 中的简化模型（II）。3定量说明： =d/dt=d*/d=3gsin/2L 积分得： =(3g(1-cos)/L)0.5 =90。时 =（3g/L）0.5 v末端=L=（3gL）0.5 而L通常是很大的，所以v末端通常也很大。若地面较硬，设恢复系数为e=0.5 ，则末端反弹的石块速度为 v石= v末端/2=（3gL）0.5/2由于碰撞过程的复杂性（石块与地面、石块与石块间），反弹石块的速度方向可能各个方向均有。4结论：“飞石问题”是拆除烟囱等高耸建筑物时所必须小心防范的，如果处理不当就可能造成事故。目前常采用的一些防护措施有：（1）使地面松软减小e；（2）在烟囱表面上遮盖上防护层。（3）在倒塌方向即飞石的主要方向建多道土坎。四参考书目1张云鹏, 甘德清, 郑瑞春编著 拆除爆破 北京 : 冶金工业出版社, 20022黄绍钧编著 工程爆破设计 北京 : 兵器工业出版社, 19963. 姜彦忠 Jiang Yan Zhong 编著 爆破技术基础 北京 : 中国铁道出版社, 19944. 傅志峰. 李红杰 70m砖烟囱定向爆破拆除及结果分析 工程爆破 2001年04期5李俊峰，张雄，任革学，高云峰 理论力学 清华大学出版社 TUP-SPRINGER出版社 20016范钦珊 Fan Qin Shan 主编 工程力学教程 北京 : 高等教育出版社, 1998下页是课程总结学习“理论力学”这门课程也将近一个学期了，是该总结一下的时候了。作为工科的必修课，应该说，理论力学是入学至今所学过的最能体现工程学科特点的一门课程。在这门课程中对问题的求解是极其规范化的，从力学建模、到数学建模、再到方程求解与分析，这些基本方法都是以后进一步学习具体工程技术的基础。具体地说，分析力学部分是我们以前从未接触过的，而其中那些繁杂的数学推导，又恰恰是以前我最怕遇到的。通过这一个学期的学习，虽然还不能独立进行像教材上那样复杂的数学推导，但简单一点的还是可以完成的。以上就是我学习这门课程的收获了。关于理论力学教学网站建设的建议。在学习“理论力学”的过程中，教学网站还是提供了很大的帮助的。事实上，由于不太可能在课堂上百分之百地掌握所讲授的内容，因此课下浏览一下电子讲义还是很有必要的。当然，凡事都不可能尽善尽美，教学网站有些地方还值得改进。首先，在使用方法上，网站登陆时要求输入学号的后5位，而在其他的网站上，一般都是输入全部学号的，这点不一致往往会造成使用的不便。其次，在网站的内容上，可以再适当增加一些能够加深对课程内容理解的多媒体素材，如三维动画、录象等。小论文总结。利用所学过的知识分析一个具体的简单工程问题并写小论文，这个方法很值得提倡。它既使我们加深了对所学知