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随着国家“上大压小、节能减排”政策的大力实施,近年来在城市和厂矿企业的改、扩建工程中,大型高耸构筑物的拆除工程越来越多,环境越来越复杂,现有理论已不能满足工程需要。因此,研究开发与之相适应的特大型高耸构筑物爆破拆除理论方法和关键技术,就具有特别重要的理论和现实意义。 本文采用理论分析、现场试验、数值模拟与工程应用相结合的综合研究方法,对特大型高耸构筑物爆破拆除技术进行了系统理论研究,研发了特大型高耸构筑物爆破拆除系列关键技术,其主要成果如下: (1)对高耸构筑物爆破拆除倒塌过程进行了深入的力学分析,建立了相关的失稳及破坏模型,得出了高耸构筑物爆破倒塌的力学条件,为利用延时爆破改变高耸构筑物倒塌过程,控制倒塌姿态提供了理论依据。 (2)建立了风载作用下筒形高耸构筑物定向倾倒的力学模型,对定向爆破切口进行受力分析,着重研究了漩涡脱落的横风向风振作用对倾倒力学条件的改变及对倾倒方向的影响。结合南昌电厂烟囱工程算例:当风向与倾倒方向夹角5°时,计算横风向共振引起的倾倒角度误差最大达11°。 (3)进行了爆破荷载对高耸构筑物的瞬态和稳态动力响应研究,提出了瞬态和稳态动力响应下动力放大系数的计算公式。 (4)进行了不同尺寸导向窗的烟囱爆破拆除机理研究。提出拱形超大导向窗技术,结合济宁、铜陵等烟囱成功爆破的工程经验,在满足整体结构的安全稳定性前提条件下,超大导向窗切口弧长对应的圆心角在50度左右(南昌51度,济宁52度,铜陵49度),导向窗切口弧长是爆破切口上弧长的一半为宜。 (5)基于可靠性理论,针对特大型高耸构筑物爆破拆除对起爆器材高安全性与高精度的要求,进行了爆破拆除起爆网路可靠性的研究,开发了特大型高耸构筑物爆破拆除数码电子雷管起爆技术。 (6)基于分离式模型,开展了特大型高耸构筑物爆破拆除数值模拟研究,分析了起爆后不同时刻切口上部和支撑部位的应力分布状态,实现了特大型高耸构筑物爆破拆除倒塌过程的数值仿真,为爆破拆除的机理及技术研究提供了一种有效的方法。 (7)进行了特大型高耸构筑物爆破拆除振动效应、应力应变及高速摄影等现场测试,研究了爆破地震波衰减规律,提出了相应计算公式v=5.819(Q1/3/R)0.489,为特大型高耸构筑物爆破拆除的理论研究和安全防护提供了技术支撑。 (8)研发了拱形超大开口导向窗、触地危害效应综合防护技术、多层柔性复合材料交叉近体防护、定向窗精确控制等系列关键技术,其中3项技术申报了4项专利。运用此研究成果,对南昌电厂210米高钢筋砼烟囱成功地实施了定向倾倒爆破拆除,该工程为亚洲爆破拆除最高构筑物。