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复杂环境下楼房拆除爆破过程的数值模拟

作　者: 王润涛
导　师: 袁绍国
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 采矿工程
关键词: 拆除爆破数值模拟 ANSYS/LS-DYNA
分类号: TU746.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着我国经济的迅速复苏和发展，大量工业企业和城市居民生活设施需要重建、改建，为了达到减少劳动力、缩短工期、节约费用、实现最好效果等目的，控制爆破拆除方法无疑是最好的选择，而对于这些需要利用爆破方法进行拆除的废弃建筑物，想要安全的按指定方向倒塌，不破坏周围建筑物及人身安全，就必须要有一个合理的爆破设计方案。虽然近年来控制爆破发展的很快并日趋成熟，但它仍然存在一些问题，例如参数的选取过于依赖工程经验、对建筑物倒塌时变形等运动规律研究不够深入、爆破效果与危害的可预见性不高等。屡屡发生的爆破事故告诉我们，这些存在的问题应该及时得到解决。本文以此为出发点来寻找解决的方法，经过研究，决定采用先进的计算机模拟技术来攻克这些问题。用一款目前为止大家比较认可同时也是目前这方面最先进的软件ANSYS/LS-DYNA来模拟工程实例中建筑物办公楼的倒塌过程和三层框架楼的倒塌过程。在爆破拆除建筑物倒塌模拟中，楼房采用SOLIDl64单元MAT_PLASTIC_KINEMATIC材料设计了一个以砖混结构为主的有限元模型，用MAT_ADD_EROSION关键字和“时间”开关来控制缺口何时形成及材料何时失效。利用计算机软件模拟了建筑物的倒塌破碎过程、倒塌形成的爆堆、倒塌触地后与周围建筑物的距离及倒塌过程中的整体应力分布等。模拟后的结果与实际工程爆破效果做了比较，在不考虑一些外在因素的前提下，证明模拟结果的真实性还是很高的，模拟的误差是相当小的，并且在模拟中也观察到了一个现象，没有承重墙的框架楼房更容易倒塌破碎。本文不仅针对实际爆破方案进行模拟，同时也设计了几套其他爆破方案进行模拟。实际中爆破方案并不是唯一的，但是否是最优的有待论证。利用计算机模拟技术来改变爆破方案中参数的选择，例如爆高的选择从1.2m变成1.6m后爆破效果如何，再例如雷管起爆时间、起爆药量等的改变后爆破效果又是怎么样的，通过这样反复的模拟比较不断的进行参数优化，最终选取一个最优方案，这是本文的另一目的。本文的模拟结果是一个动态的过程，不仅可以连续地、反复地看到楼房倒塌破碎过程，还可以观察到楼房内部应力分布变化情况。可以用模拟后的结果预测实际爆破拆除工程效果，为爆破方案设计者提供多种方案，从而选出最优的爆破方案。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 文献综述  8-14
  1.1 课题背景  8-11
    1.1.1 控制爆破工程实践  8-10
    1.1.2 目前爆破拆除的不足之处  10-11
  1.2 爆破数值模拟方法现状  11-12
  1.3 有限元分析软件的确定  12-13
  1.4 本章小结  13-14
2 选题的目的和意义  14-18
  2.1 选题的目的  14-15
  2.2 选题的意义  15-17
  2.3 本章小结  17-18
3 楼房厂房拆除爆破设计  18-33
  3.1 概述  18
  3.2 楼房拆除爆破原理和方案  18-22
    3.2.1 楼房爆破拆除的原理  18
    3.2.2 楼房爆破拆除的方案  18-22
  3.3 建筑物倾倒的基本条件  22-25
  3.4 楼房拆除爆破的技术设计  25-31
    3.4.1 设计原理  25-26
    3.4.2 爆破设计  26-30
    3.4.3 低矮楼房爆破设计时的注意事项  30-31
  3.5 楼房拆除爆破的施工和安全防护  31-32
  3.6 本章小结  32-33
4 控制爆破拆除在 ANSYS/LS-DYNA 中的实现  33-40
  4.1 ANSYS/LS-DYNA 的文件系统  33-35
    4.1.1 关键字文件 Jobname.k  33-34
    4.1.2 LS-PREPOST 格式的计算结果输出文件  34
    4.1.3 LS-DYNA 分析的一般流程  34-35
  4.2 LS-DYNA 的单元特性及定义  35
  4.3 LS-DYNA 材料模型及其选用  35
  4.4 建立有限元模型  35-36
  4.5 LS-DYNA 的接触及其定义  36-37
    4.5.1 接触算法  36-37
    4.5.2 接触类型与摩擦系数  37
  4.6 载荷、初始条件和约束  37-38
  4.7 刚体模型  38
  4.8 楼房倒塌模拟中的简化  38-39
  4.9 本章小结  39-40
5 控制爆破拆除实例分析  40-56
  5.1 复杂环境下楼房倒塌的控制爆破拆除  40-47
    5.1.1 工程概况  40-41
    5.1.2 爆破方案  41
    5.1.3 爆破设计  41-43
    5.1.4 数值模型的建立  43-44
    5.1.5 数值模拟分析比对  44-47
  5.2 三层框架结构楼房爆破拆除  47-53
    5.2.1 工程概况  47-48
    5.2.2 爆破方案的确定  48
    5.2.3 爆破设计  48-49
    5.2.4 三层框架楼房模型的建立  49-53
  5.3 不同爆高模拟分析  53-55
  5.4 本章小结  55-56
结论  56-57
参考文献  57-60
在学研究成果  60-61
致谢  61

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