高耸筒形结构爆破拆除的数值模拟和应用

烟囱、水塔等高耸形结构的拆除，一直是研究的热点，就国内情况来看，除非场地特别狭小而搭脚手架拆除外，城市绝大部分高耸结构采用爆破方法拆除，这种方法不但安全性好、成本低，而且速度快，显示出极大优势[46]。

高耸筒形结构爆破拆除方法即在底部炸开一个切口，使其失去平衡，上部筒体在重力矩作用下定向倾倒，触地破碎解体。原地坍塌方式难度大，国外的失败教训十分深刻，一般少用。

许连坡（1985年）在对多个烟囱拆除实践基础上，对烟囱倾倒过程进行了力学分析，他认为烟囱不论是砌体结构还是钢筋混凝土结构均可简化为刚体，爆破切口形成后，上部筒体失去平衡而绕切口与预留筒壁交界处连线为轴作定轴转动，烟囱倾倒条件取决于质心对支点连线的倾角，可忽略初始角速度的影响。烟囱倾倒的转动导致内部出现剪力和弯矩，建立起折断前后运动方程和内应力计算公式，当应力超过材料强度时，筒体即被折断[47，48]。

陈华腾（1998年）也将筒体视为刚体绕定轴倾倒而不区分是砌体结构还是钢筋混凝土结构[49]。林吉元等（1988年）对砖砌体爆破拆除烟囱的定向倾倒过程进行高速摄影观测研究，认为对于砖砌烟囱作为刚体绕切口与预留壁两端相交处连线为轴作定轴转动不符合实际[50]。Huang等（1995年）利用传感器对烟囱倾倒过程中，预留壁的复杂变形情况进行了实验研究[51]。李巨守（1996年）对定向爆破拆除冷却塔的过程作了研究[52]。何军（1998年）也对筒形结构定向爆破拆除倾倒力学模型进行了探索，已抛弃了绕切口和预留壁两端相交处连线为轴作定轴转动的观点，但未区分砖砌筒形结构和钢筋混凝土筒形结构倾倒力学模型[53]。费鸿禄（2000年）研究了风载对筒形结构定向爆破倾倒过程的影响[54]。叶国庄（1998年）在刚体作定轴转动假使下，对爆后筒体倾倒过程作了计算机模拟，这是国内期刊最早的计算机模拟拆除爆破结构倾倒过程的论文之一[55]。(www.xing528.com)

国内已对很多筒形结构实施爆破拆除[56]，最高的成都热电厂的烟囱高达216m，另外已拆除180m、150m、120m高的烟囱多座，广东茂名石油化学公司一次拆除两座120m高钢筋混凝土烟囱。

国外对筒形结构的拆除也做了大量工作，为了构建烟囱爆破拆除专家系统，德国鲁尔大学的Stangenberg[57]进行了钢筋混凝土烟囱的爆破拆除实验和数值计算的研究。该研究是为了建造一个有关烟囱爆破拆除专家系统而作准备的。该研究从三个方面进行：①全规模现场测试；②小规模的实验室详细研究；③数值计算模拟。英国人（1981年）利用控制爆破技术在南非拆除了一座直径24m，高36m以下壁厚为0.96m，36m以上部分壁厚0.36m，全高270m的烟囱。