复杂环境下高耸建筑物倒塌过程的数值模拟

论文摘要

在对建筑物的拆除爆破过程中，科学合理的爆破设计方案才能保证建筑物在复杂环境下按指定方向倒塌及周围建筑物的安全。所以有必要借助先进的计算机技术及优良的可视化模拟系统，在实际爆破前对爆破设计方案的各种效果进行全面模拟，以达到在实际拆除爆破中对即将发生的过程进行全面预演，完成从拆除爆破的设计、建筑物构件解体运动过程的模拟到各种爆破效应的预测，从而改进爆破设计。本文对控制爆破理论分析及其数值模拟技术的发展历程和研究现状进行了回顾和总结，介绍了高耸建筑物的拆除爆破设计，并利用ANSYS/LS-DYNA软件结合工程实例对高耸建筑物中的水塔、烟囱的倒塌过程进行了数值模拟。数值模拟过程中选取符合建筑物自身特点的实体（SOLID164）单元建立有限元模型，烟囱采用*MATPLASTICKINEMATIC材料、水塔采用*MATBRITTLEDAMAGE材料；用*MATADDEROSIO关键字控制爆破缺口形成和材料的失效，由“时间”开关控制爆破缺口形成过程，采用拉应力（第一主应变）破坏准则控制材料失效。倒塌时间、倒塌方向、倒塌长度、倒塌宽度及对周围建筑物的影响的模拟结果等与实际情况进行比对，其误差不到5%，表明了本文采用的方法是合理的。并以方形烟囱的控制爆破拆除为例，分析了高耸建筑物倒塌过程中的触地振动效应，研究了高耸建筑物倒塌落地所产生的冲击振动规律。采取适当的方法如分散装药及延时起爆技术等基本可以很好的控制爆破振动效应。通过模拟结果可以看出，采用有限元方法结合ANSYS/LS-DYNA软件分析高耸建筑物控制爆破拆除倒塌过程是可行的，对高耸建筑物控制爆破拆除的理论研究及爆破拆除的设计有重要的指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 控制爆破拆除的发展现状
• 1.2.2 控制爆破拆除的研究现状
• 1.3 主要存在的问题
• 1.4 主要研究内容和研究目标
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 研究内容
• 1.5 拆除爆破数值模拟技术的研究现状
• 1.5.1 有限元法
• 1.5.2 离散单元法（DEM）
• 1.5.3 有限元与离散元耦合的方法（CFD）
• 1.5.4 总结
• 1.6 有限元分析软件的选择
• 1.7 本章小结
• 2 高耸建筑物拆除爆破设计
• 2.1 概述
• 2.2 高耸建筑物拆除爆破设计
• 2.2.1 爆破拆除方案的确定
• 2.2.2 圆筒形高耸建筑物定向倒塌拆除爆破的技术设计
• 2.2.3 非圆筒形高耸建筑物定向倒塌拆除爆破技术设计
• 2.2.4 实体结构高耸建筑物定向倒塌拆除爆破的技术设计
• 2.3 施工中注意事项
• 2.4 本章小结
• 3 控制爆破拆除在 ANSYS/LS-DYNA 中的实现
• 3.1 ANSYS/LS-DYNA 的文件系统
• 3.2 显示动力分析模型建立的过程
• 3.3 单元的选取
• 3.4 模型材料的选取
• 3.5 网格的划分
• 3.6 接触
• 3.6.1 接触算法
• 3.6.2 接触类型
• 3.6.3 接触摩擦系数
• 3.7 定义载荷、施加约束与边界条件
• 3.8 特殊求解控制技术
• 3.9 阻尼
• 3.10 刚体模型
• 3.11 选取爆破缺口
• 3.12 数值模拟过程中的假设
• 3.13 本章小结
• 4 控制爆破拆除实例分析
• 4.1 复杂环境下冷却塔倒塌的控制爆破拆除
• 4.1.1 工程概况
• 4.1.2 爆破方案
• 4.1.3 爆破缺口参数设计
• 4.1.4 数值模型的建立
• 4.1.5 数值模拟分析比对
• 4.1.6 爆破效果与数值模拟分析比对
• 4.2 方形烟囱爆破拆除
• 4.2.1 工程概况
• 4.2.2 爆破方案的确定
• 4.2.3 爆破设计
• 4.2.4 数值模拟模型的建立
• 4.2.5 数值模拟确定缺口高度
• 4.3 圆形烟囱爆破拆除
• 4.3.1 工程概况
• 4.3.2 爆破方案的确定
• 4.3.3 爆破设计
• 4.3.4 数值模拟模型的建立
• 4.3.5 数值模拟的实现
• 4.4 本章小结
• 5 建筑物触地振动效应
• 5.1 触地振动效应研究现状
• 5.2 建筑物倒塌触地的震源机制
• 5.3 建筑物倒塌触地冲击力的计算
• 5.4 数值模拟分析
• 5.5 工程实例分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢