高聳建筑物倒塌過(guò)程分析

1、高聳建筑物倒塌過(guò)程分析精儀系 機(jī)25班 陳博翁 020791摘要：本文應(yīng)用所學(xué)過(guò)的力學(xué)知識(shí)，對(duì)高聳建筑物（以煙囪為例）爆破拆除的倒塌過(guò)程進(jìn)行分析，并結(jié)合工程實(shí)際給出結(jié)論。關(guān)鍵詞：爆破拆除，倒塌過(guò)程，煙囪引言：在煙囪等高聳建筑物的拆除中，由于人工拆除需要工人高空作業(yè)，因此一般不采用；實(shí)際常采用的拆除方法是定向爆破拆除。這種方法經(jīng)過(guò)幾十年的工程實(shí)踐，已經(jīng)積累了不少經(jīng)驗(yàn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)也多次采用該方法來(lái)拆除煙囪等高聳建筑物。本文從力學(xué)原理出發(fā)，結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)煙囪爆破拆除的全過(guò)程進(jìn)行分析，得出與實(shí)際觀察結(jié)果大致相似的結(jié)論。一煙囪的傾倒原因1分析：在煙囪的拆除過(guò)程中，人們通常是在煙囪傾倒方向的下部利用爆

2、破形成一個(gè)缺口，并以保留部分作為支撐，這樣，缺口就相當(dāng)于一個(gè)鉸鏈，缺口以上部分就在重力矩作用下繞缺口作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，落地撞擊解體粉碎。下面就對(duì)煙囪的傾倒原因作定量說(shuō)明。hcCGDOABLrCGODA(B)圖1圖22簡(jiǎn)化模型：煙囪是筒形物體，有一定的壁厚d=外半徑r外-內(nèi)半徑r內(nèi)。在目前所學(xué)的知識(shí)范圍內(nèi)，作為簡(jiǎn)化模型（ = 1 * ROMAN I）， = 1 * GB3 不考慮壁厚d，而設(shè)想煙囪為一半徑為R=（r外+r內(nèi)）/2的薄壁圓筒； = 2 * GB3 設(shè)煙囪是剛體。3定量說(shuō)明：設(shè)煙囪重心高度hc，爆破后形成缺口形狀如圖。1）形成缺口后，重力對(duì)點(diǎn) O的矩為 MG=Gr OD部分可提供的約束力偶

3、設(shè)為 MOD若MGMOD ，煙囪將繞O點(diǎn)作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)際上，由于煙囪所受的重力很大，這個(gè)條件極易滿(mǎn)足。2）在轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度后，A、B點(diǎn)重合，此時(shí)若G的作用線(xiàn)在A點(diǎn)右側(cè)，則在重力矩作用下煙囪將繞A（B）點(diǎn)作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)直到落地。 由圖1 tan=L/(R+r) = 1 * GB3 由于一般LR 代入 = 1 * GB3 = 2 * GB3 ，有 LR(R+r)/hc4結(jié)論：根據(jù) = 3 * GB3 式，欲使煙囪順利傾倒，缺口高度L不可以太小。二煙囪傾倒的過(guò)程1簡(jiǎn)化模型：在煙囪繞A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)后，作為簡(jiǎn)化模型（ = 2 * ROMAN II），煙囪可視為一勻質(zhì)桿。2分析：從煙囪截取長(zhǎng)為x的一段EF為研究對(duì)象

4、，EF受力情況分析如下：重力xG/L ，EF切向加速度引起的慣性力F1，EF法向加速度引起的慣性力F2，F(xiàn)截面上的約束力F3，F(xiàn)4，約束力偶Mx。使煙囪從F面斷裂的主要原因是Mx，分析如下：研究F截面，可見(jiàn)Mx是由壓力T1，拉力T2提供的。若T2超過(guò)材料所能承受的最大拉力，則F面處將斷裂。xG/LAFEFT1T23定量說(shuō)明：圖3中，以F點(diǎn)為矩心（F2、F3、F4對(duì)F點(diǎn)的力矩為零），由動(dòng)靜法，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以整體為研究對(duì)象求：mgLsin=mL2*/3=3gs

5、in/2L 代入 ，整理得：Mx=0.25WLsin(x/L)2(1-x/L)求Mx的極值，有dMx/dx=0 x=2L/3勻質(zhì)煙囪各處所能承受的最大拉力均相同，那么如果煙囪發(fā)生斷裂的話(huà)，斷裂面將在2L/3處。4結(jié)論：由以上的計(jì)算可知，在煙囪的勻質(zhì)桿簡(jiǎn)化模型中，距頂部2L/3處最可能發(fā)生斷裂。但是，這只是個(gè)理論結(jié)果。在實(shí)際工程問(wèn)題中，本簡(jiǎn)化模型的一個(gè)重要假設(shè)無(wú)法得到滿(mǎn)足：煙囪各處所能承受的最大拉力往往不相同。實(shí)際上，人們所要拆除的煙囪通常都是使用多年、有嚴(yán)重老化現(xiàn)象的。一般情況下，在煙囪的某些部位已經(jīng)有一些裂紋，這些地方所能承受的最大拉力顯著減小，因此，最可能發(fā)生斷裂的將是這些部位而不是2L/

6、3處/。三煙囪落地后飛散石塊的估算1分析：當(dāng)煙囪落地時(shí)，其末端部分的速度可以非常大，與地面碰撞后反彈起的石塊，這就形成了所謂的“飛石問(wèn)題”。2簡(jiǎn)化模型：仍使用 三 中的簡(jiǎn)化模型（ = 2 * ROMAN II）。3定量說(shuō)明： =d/dt=d*/d=3gsin/2L 積分得： =(3g(1-cos)/L)0.5 =90。時(shí) =（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。若地面較硬，設(shè)恢復(fù)系數(shù)為e=0.5 ，則末端反彈的石塊速度為 v石= v末端/2=（3gL）0.5/2由于碰撞過(guò)程的復(fù)雜性（石塊與地面、石塊與石塊間），反彈石塊的速度方向可能各個(gè)方向均

7、有。4結(jié)論：“飛石問(wèn)題”是拆除煙囪等高聳建筑物時(shí)所必須小心防范的，如果處理不當(dāng)就可能造成事故。目前常采用的一些防護(hù)措施有：（1）使地面松軟減小e；（2）在煙囪表面上遮蓋上防護(hù)層。（3）在倒塌方向即飛石的主要方向建多道土坎。四參考書(shū)目1張?jiān)迄i, 甘德清, 鄭瑞春編著 拆除爆破 北京 : 冶金工業(yè)出版社, 20022黃紹鈞編著 工程爆破設(shè)計(jì) 北京 : 兵器工業(yè)出版社, 19963. 姜彥忠 Jiang Yan Zhong 編著 爆破技術(shù)基礎(chǔ) 北京 : 中國(guó)鐵道出版社, 19944. 傅志峰. 李紅杰 70m磚煙囪定向爆破拆除及結(jié)果分析 工程爆破 2001年04期5李俊峰，張雄，任革學(xué)，高云峰 理論

8、力學(xué) 清華大學(xué)出版社 TUP-SPRINGER出版社 20016范欽珊 Fan Qin Shan 主編 工程力學(xué)教程 北京 : 高等教育出版社, 1998下頁(yè)是課程總結(jié)學(xué)習(xí)“理論力學(xué)”這門(mén)課程也將近一個(gè)學(xué)期了，是該總結(jié)一下的時(shí)候了。作為工科的必修課，應(yīng)該說(shuō)，理論力學(xué)是入學(xué)至今所學(xué)過(guò)的最能體現(xiàn)工程學(xué)科特點(diǎn)的一門(mén)課程。在這門(mén)課程中對(duì)問(wèn)題的求解是極其規(guī)范化的，從力學(xué)建模、到數(shù)學(xué)建模、再到方程求解與分析，這些基本方法都是以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)具體工程技術(shù)的基礎(chǔ)。具體地說(shuō)，分析力學(xué)部分是我們以前從未接觸過(guò)的，而其中那些繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，又恰恰是以前我最怕遇到的。通過(guò)這一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)，雖然還不能獨(dú)立進(jìn)行像教材上那樣

9、復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，但簡(jiǎn)單一點(diǎn)的還是可以完成的。以上就是我學(xué)習(xí)這門(mén)課程的收獲了。關(guān)于理論力學(xué)教學(xué)網(wǎng)站建設(shè)的建議。在學(xué)習(xí)“理論力學(xué)”的過(guò)程中，教學(xué)網(wǎng)站還是提供了很大的幫助的。事實(shí)上，由于不太可能在課堂上百分之百地掌握所講授的內(nèi)容，因此課下瀏覽一下電子講義還是很有必要的。當(dāng)然，凡事都不可能盡善盡美，教學(xué)網(wǎng)站有些地方還值得改進(jìn)。首先，在使用方法上，網(wǎng)站登陸時(shí)要求輸入學(xué)號(hào)的后5位，而在其他的網(wǎng)站上，一般都是輸入全部學(xué)號(hào)的，這點(diǎn)不一致往往會(huì)造成使用的不便。其次，在網(wǎng)站的內(nèi)容上，可以再適當(dāng)增加一些能夠加深對(duì)課程內(nèi)容理解的多媒體素材，如三維動(dòng)畫(huà)、錄象等。小論文總結(jié)。利用所學(xué)過(guò)的知識(shí)分析一個(gè)具體的簡(jiǎn)單工程問(wèn)題并寫(xiě)小論文，這個(gè)方法很值得提倡