基于分离式共结点模型的钢筋混凝土结构爆破拆除数值模拟

通过大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,充分考虑钢筋和混凝土在结构倒塌时各自的受力状态和强度差异,运用分离式共节点模型模拟钢筋混凝土结构建筑物的爆破拆除倒塌过程。通过对倒塌过程中钢筋混凝土支撑立柱内侧和外侧的钢筋单元、混凝土单元的承载失效过程分析研究,对数值模拟效果与实际爆破效果对比分析得出:分离式共结点模型可以充分体现结构倒塌过程中钢筋和混凝土材料的承载失效差异,可以用来准确地模拟结构的倒塌过程。

框-筒结构建筑物的折叠爆破拆除

采用共节点分离式钢筋混凝土模型,对框-筒结构折叠倒塌进行了三维数值模拟,包括底部起爆和顶部起爆2种方式,并且在底部起爆方式中,采用了不同切口高度和延迟时间。对结构的倒塌过程、支撑立柱的破坏过程进行了比较分析。结果表明:采用底部起爆时,结构下部压碎程度较采用顶部起爆严重;同为底部起爆,延迟时间0.25 s的结构破碎比0.5 s严重;底层立柱采用不同的切口高度和延迟时间,结构的倒塌方向发生了改变,结构略向南倾倒;支撑柱的破坏过程不同,对结构的后坐距离产生影响,采用底部起爆时,结构的后坐距离小于顶部起爆。通过对混凝土和钢筋单元受力过程进行的分析,共节点分离式模型能够反映钢筋和混凝土2种材料的力学性能差异。

高耸筒形结构爆破拆除的数值模拟

采用共节点分离式钢筋混凝土模型,通过比较分析塔体缺口中间有切缝与无切缝设计2种方案,对典型高耸筒形结构冷却塔爆破拆除过程进行了三维数值模拟。对混凝土和钢筋单元的受力过程进行分析,共节点分离式模型可以体现混凝土和钢筋材料的力学性能差异;采取切缝设计可减小结构倒塌过程中的下坐与后坐倾向,促使塔体后部严重扭曲变形,使塔身解体比较完全,缩短整体倒塌时间,减小爆堆范围。

数值模拟在冷却塔爆破拆除中的应用

针对目前双曲线冷却塔爆破拆除数值模拟中往往采用整体式模型的实际情况,为了更加真实的反映出钢筋混凝土在拆除爆破过程中的力学特性,基于ANSYS/LS—DYNA建立了分离式共节点模型,并结合工程实例进行对比分析。结果表明,利用分离式共节点模型能准确反映出冷却塔倒塌过程中变形扭曲—扭转撕裂—自由塌落的运动过程,模拟的结果与实际的爆破过程极为相似。因此可认为,利用分离式共节点模型可对爆破拆除方案进行预演从而为方案的优化提供参考和借鉴。

基于单元重构与节点分离的大型地下洞室软弱结构面模拟方法

针对在大型地下洞室中软弱结构面难以合理模拟的问题,通过引进"单元重构-节点分离"思想,提出了新的非连续软弱结构面模拟方法.将该方法用于实际地下厂房模型中并模拟出非连续结构面,并将该重构模型导入计算程序,与常规连续有限元模型的计算结果进行对比.结果表明,重构模型能够用于数值计算,计算结果在非连续结构面附近呈现非连续性,且计算结果所反映的规律与所认识规律基本一致,能够反映真实的结构面赋存状态.因此,该软弱结构面建模方法实现了结构面的非连续化,为大型地下洞室的复杂地质非连续结构面模拟提供了新的实现途径.

爆炸冲击震动对砖墙破坏作用的数值模拟

砖墙在爆炸冲击震动作用下的动力反应非常复杂,本构关系很难精确建立。本文阐述了砖墙几种常用的有限元模拟方法,分析各种方法的优缺点,确定采用一种砖块和砂浆分开的精细化建模的三维砖墙有限元模型;通过LS-DYNA软件,得到砖墙在水平爆炸冲击震动荷载下的破坏过程,计算结果与实验现象很好。研究表明:该种分析模型综合考虑了砖块和砂浆之间复杂的相互作用,并且对砂浆层进行了单独建模,保证了砖墙在数值模拟上的真实性和正确性,因此可以准确地模拟出实验中砖块之间砂浆层的损伤积累破坏。

钢筋混凝土烟囱高位切口爆破拆除数值模拟研究

为进一步研究复杂条件下高耸烟囱分段控制爆破拆除技术,利用高速摄影对钢筋混凝土烟囱高位切口上段筒体爆破拆除倒塌过程进行拍摄,并采用共节点分离式模型,利用DYNA非线性有限元软件对烟囱上段筒体爆破拆除倒塌过程进行了数值计算。结果表明:数值模拟结果和实际吻合较好;高位切口上段筒体倒塌过程可分为爆破切口形成、切口支撑部位变形破坏、筒体下座及定向倾倒和触地解体破碎四个阶段;高位爆破切口形成后,烟囱经历2 s左右时间进行应力重新分布是烟囱完成安全、定向准确爆破拆除的关键条件;高位切口支撑部位变形破坏由受压区开始,向受拉区发展,在此过程中,中性轴向后移动,轴向钢筋受压屈服。

布孔方式对支撑梁爆破拆除的影响机制

支撑梁爆炸毁伤破坏效应的数值模拟及理论研究是创新改进爆破拆除方法的前提。结合钢筋混凝土支撑梁爆破拆除工程实际,针对垂直布孔与多向协同布孔分别建立其共节点分离式模型,比较分析梁内Von Mises等效应力分布规律、爆炸荷载空间分布特点及其破碎形态。结果表明:相邻炮孔炸药能量分别在50μs、60μs开始耦合叠加,叠加区应力水平显著增高;在混凝土碎胀效应及反射拉伸波共同作用下,支撑梁表面材料单元以拉伸破坏为主;相同炸药单耗时,多向协同布孔法可促进梁内爆炸荷载的均匀分布,有效改善拆除效果;材料失效演变过程表明,支撑梁破碎形态分别在255μs、265μs时刻稳定下来,采取先下后上的起爆顺序,能有效防治爆破飞石危害。

钢筋混凝土观光塔爆破拆除及数值模拟

运用大型有限元分析ANSYS/LS-DYNA软件,尝试采用共节点分离式钢筋混凝土模型,对某观光塔爆破拆除倒塌过程进行了数值模拟分析。分析了底部承重柱的受力情况,充分考虑钢筋混凝土在结构倒塌时各自的受力状态和强度差异,对混凝土和钢筋单元的受力过程进行分析,研究证明该共节点分离式模型能够很好反映钢筋和混凝土2种材料的力学性能差异,模拟与实际拆除结果吻合很好。

数值模拟在朱旺沱宾馆爆破拆除中的应用

针对朱旺沱宾馆四邻环境复杂的情况,提出了3种爆破方案:定向爆破、单向折叠爆破、单向双折叠爆破。为了对所提出的方案进行选取,利用有限元分析软件ANSYS/LS—DYNA建立分离式共节点模型,对3种方案进行了预演。根据爆破要求以倒塌长度、爆堆高度为指标确定了爆破方案为单向双折叠爆破,并根据数值模拟结果对此方案进行优化,最终取得了较好的爆破效果。研究结果表明,利用有限元分析软件ANSYS/LS—DYNA可对复杂环境下高层建筑物精细爆破拆除方案的确定提供依据。

爆破技术与数值模拟在桥梁拆除中的应用

通过对桥梁爆破拆除工程实践的分类总结,简要介绍了国内桥梁爆破拆除中的要点及其达到的爆破效果及国外桥梁爆破拆除理论和数值模拟的状况。重点介绍了运用数值模拟软件ANSYS/LS-DYAN建立的共节点分离式模型模拟钢筋混凝土桥梁的爆破坍塌失稳过程,展现了数值模拟与工程实践结合的有效性及发展性,并列举了国内桥梁爆破拆除数值模拟的实例。

高层建筑物单向三折叠爆破拆除数值模拟

为了研究高层建筑物爆破拆除倾倒过程及倒塌效果,以宁波一大厦单向三折叠爆破拆除为例,对其爆破拆除过程进行了数值模拟。根据大厦的实体结构,采用LS-DYNA对其建立了分离式共节点模型,对建筑物倒塌过程进行了数值模拟计算,分析了主要承重梁的内部结构变化,并与实际爆破拆除过程进行了对比。结果表明,采用分离式共节点模型可以很好地模拟高层建筑物倒塌过程,且模拟的倒塌过程与实际的倒塌过程比较吻合,可为类似工程提供参考。

建筑物爆破拆除定向切口参量数值模拟研究

针对酒店的爆破拆除进行了数值模拟,对6个切口高度条件下主楼的爆破拆除过程进行数值计算。通过单根立柱的数值模拟实验对分离式共节点模型进行研究,找出分离式共节点模型中钢筋大量断裂的源头为钢筋的失效应变自动降低。同时,基于重心失稳理论和经验公式理论,选取了6个切口高度进行定向倾倒研究。数值计算结果分析显示最佳切口高度为重心高度的一半,此时整个大楼的拆除可以获得最大的动能利用率。

钢筋混凝土简支板梁桥爆破拆除数值模拟研究

数值模拟为桥梁爆破拆除的关键步骤之一,为了实现对钢筋混凝土简支板梁桥爆破拆除过程的有限元数值模拟,运用动力分析软件——ANSYS/LS-DYAN建立了分离式共节点模型。首先,比较分析了在板梁两侧切口与跨中切口采用微差爆破与不采用微差爆破两种方案下的爆破效果;其次,对跨中裸露钢筋的受力过程进行了分析;最后,对板梁的下落速度进行了对比分析。结果表明:分离式共节点模型可以体现出钢筋和混凝土的力学性能差异;采用微差爆破的爆破效果更好。

钢筋混凝土简支板梁桥爆破拆除数值模拟

为了实现对钢筋混凝土简支板梁桥爆破拆除过程的有限元数值模拟,采用动力分析软件ANSYS/LS-DYNA建立了分离式共节点模型;对比分析了在板梁两侧切口与跨中切口采用微差爆破与不采用微差爆破2种方案下的爆破效果,并对2块板梁上、下缘混凝土的受力过程进行了分析。结果表明:分离式共节点模型可以体现出钢筋和混凝土的力学性能差异;采用微差爆破可以减小爆堆范围,使得更多的钢筋和混凝土单元失效被删除。

公路双曲拱桥结构爆破拆除数值模拟

为了确保双曲拱桥的爆破拆除能够按照设计方案顺利进行,采用共节点分离式钢筋混凝土模型,对典型公路双曲拱桥结构爆破拆除过程进行了数值模拟,方案选择桥拱顶部预切缝0.5 m以及副拱立柱爆破范围1.6 m。模拟结果表明:对混凝土和钢筋单元的受力过程进行分析,共节点分离式模型可以体现混凝土和钢筋材料的力学性能差异;预切缝采用0.5 m足以保证桥身相互叠加彻底倒塌,副拱立柱爆破范围采用1.6 m可使得桥体解体比较完全,并且可以减小整体倒塌时间和爆堆高度。研究认为结构倒塌过程的数值模拟,将成为研究结构爆破拆除力学过程的重要手段并辅助指导结构爆破拆除设计,具有重要的工程实用价值。

钢筋混凝土双曲拱桥爆破拆除数值模拟

为了确保册亨岩架大桥拆除爆破的顺利进行,在拆除爆破前基于有限元软件ANSYS/LS-DYNA,分别考虑了爆破过程中钢筋和混凝土的力学差异,建立了分离式共节点模型,对所提出的爆破方案进行了预演。数值模拟结果表明,所采取的浅孔爆破与深孔爆破相结合的方案是完全可行的,因此确定利用此方案进行爆破施工。通过与实际爆破过程进行对比分析,认为数值模拟技术可对爆破方案进行验证并优化,能够有效地指导爆破施工,具有重要的理论意义和工程实用价值。

210 m烟囱超高位切口爆破拆除数值模拟与实践

为了预测烟囱倒塌过程姿态与堆散范围,采用共节点分离式钢筋混凝土模型对210 m烟囱超高位切口爆破拆除过程进行数值模拟,并与工程实践进行比较。结果表明:数值模拟得到的上段筒体倒塌过程姿态与实际爆破的倒塌过程姿态高度一致,即上段筒体在下坐阶段被下段筒体切掉两段,其中一段掉落在烟囱内部,另一段掉落在与倒塌方向相反的背部,从而使上段筒体长度由爆破前75 m缩短为着地时46.73 m,与实际倒塌长度44 m相吻合,模拟计算效果比较理想,其计算结果可为加强烟囱背部周围建筑的安全防护提供参考。

基于分离式共节点模型的建筑物定向倾倒切口数值模拟研究

利用有限元Ansys/ls-dyna对建筑结构爆破拆除的定向倒塌进行模拟,利用分离式共节点模型对抚顺大酒店的爆破拆除进行数值模拟,通过对单根柱子的数值模拟进行研究,然后初步分析分离式共节点模型存在的问题,在大量数值模拟实验的基础上,找出钢筋失效应变的修正系数范围,就这种现象提出了三种可能。同时,基于重心失稳理论和经验公式理论,选取了多个切口高度进行定向倾倒研究,通过选取不同的切口高度进行大量的数值模拟实验,在数值计算结果分析的基础上,得出"楼坚强"形成的主要原因是切口高度不够的结论。

基于分离式共节点模型的钢筋混凝土柱抗爆加固效果研究

为研究钢筋混凝土柱在爆炸冲击荷载作用下外覆钢板加固对柱抗冲击变形能力的提升效果,根据钢筋及混凝土材料的动态本构模型,选取合适的参数,建立了钢筋-混凝土分离式共节点的实体模型,并结合CONWEP爆炸载荷及动态松弛法,利用大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA模拟钢筋混凝土构件在爆炸载荷下的响应,并对比不同厚度外覆钢板加固对柱的抗冲击变形能力的增强效应。对数值模拟结果与试验结果对比分析得出:分离式共节点模型可以充分体现钢筋混凝土柱构件在爆炸冲击作用下钢筋和混凝土材料的不同破坏特性,与试验结果符合的较好。且计算结果显示,随着外覆钢板厚度的增大,受冲击荷载的钢筋混凝土柱端转角减小,且加固钢板厚度对爆炸后柱端转角的影响减小。