2)塌落振动速度的计算
建(构)筑物失稳倒塌的过程是一个由稳定体系到不稳定体系的复杂变化过程,塌落引起
的地面振动速度,亦称塌落振动速度的计算,尚处于百家争鸣阶段。下面介绍几个单位提出的
计算公式和应用实例。
(1)中科院力学研究所提出的公式
(5-24)
式中:v1—塌落振动速度,cm/s;
n——下落构件的质量,t;,
g—重力加速度,m/s;
H构件中心的高度,m;
σ——地面介质的破坏强度,MPa,一般取10MPa;
R观测点至冲击地面中心的距离,m。
[实例3]某砖烟囱高35m,密度2.0t/m3,体积100m3。计算给出距离烟囱倒塌中
心一侧5σm处烟囱塌落着地可能产生的塌落触地速度为0.69cm/s;距离30m处计算的
塌落速度1.60cm/s。一座100m高钢筋混凝土烟囱需爆破拆除,钢筋混凝土密度为
2.6t/m3,体积500m3。计算给出距离烟囱倒塌中心一侧50m处产生的塌落速度为
3.44cm/s。
(2)中科院工程力学研究所提出的公式
(5-25)
式中
塌落振动速度,cm/s;
Ⅰ触地冲量,Ⅰ=m2gh;
m—烟囱质量,kg;
h——塌落构件重心高度,m;
R质心倒地时距测点距离,m
[实例4]四川铝业集团电厂120m钢筋混凝土烟囱爆破拆除:此次爆破总药量为
20.79kg,其中最大一段药量为10.44kg。烟囱质量m=1830×103kg;h=39.8m;R值针对电
冶厂房(R=13m),计算得:v=21.57cm/s。因此,必须对地面实施严格的缓冲防护,确保倒塌
过程逐点缓冲落地。
(3)北京理工大学利用地基处理中夯锤对地面的冲击,模拟建(构)筑物触地产生的振动,
推导出塌落振动速度公式
k(1//R
(526)
式中:σ塌落振动速度,cm/s;
Ⅰ触地冲量,Ⅰ=m√2gh;
m-烟囱质量,kg;
h—重心高度,m;
R质心倒地时距测点距离,m;
α——指数,与建(构)筑物倒塌方式有关,如:定向倒塌、折叠倒塌等,在夯锤冲击地表条件
k系数,与倒塌地点的地质条件有关,在夯锤冲击地表条件下,k。=0.129。
由式(5-25)和式(5-26)可以看出,两个公式的形式完全相同,不同之处仅在于系数和指数
的不同。
(4)第二炮兵指挥学院提出的公式
根据刚体动力学原理,通过求解均布质量体系构成的高耸建筑物(水塔)在定向倒塌过程
中的运动规律,得到了结构着地冲击速度公式:
H=√2Kcos0H
(5-27)
式中:—塔体着地时的角速度
H—塔身高度。
(5)中国人民解放军理工大学工程兵工程学院提出的公式
对于爆体落地处地面铺有一定厚度缓冲材料情况下的楼体落地振动效应,在中科院工程
力学所按照最不理想的情况(刚性爆体对刚性地面)确定的经验公式基础上进行修订,南京工
程兵学院提出按下式计算:
=0.08k(/3/R)67
(5-28)
式中:U落地振动速度,cm/s;
k——为铺垫材料的减振系数,采用沙包或松土铺垫厚度达1.0~1.5m时,取0.55~0.40;
Ⅰ建筑物的落地冲量;
R—重心落地点至被保护建(构)筑物的距离。
I=m(2gz)12
(5-29)
式中:m爆体的有效质量,kg;
大楼重心高度,m。
[实例5]哈尔滨17层办公大楼定向拆除爆破:铁道部哈尔滨车辆厂综合办公大楼由主
楼和3层的群楼组成。该大楼为钢筋混凝土框架结构,包括两层地下室,共19层;主楼东西长
26.4m,南北宽22m,高5m,17层;个电梯间,两个人梯间(其中一个为外接楼梯间),墙壁
厚65cm;建筑面积约9000m2,采用定向爆破拆除。为减小爆破对地面的塌落振动速度,在地
面铺垫松土缓冲层,厚度为2.0m,减振系数k取O.40。
①爆体落地冲量Ⅰ的计算
Ⅰ=m(2gz)1/2
大楼爆破切口以上的楼体质量mo=14125405kg,大楼倾倒时并非自由落体,且为逐层逐
次塌落,故按楼体总质量的1/3估算,即m=4708468kg。
取大楼重心高度z=30m
所以,大楼的落地冲量Ⅰ=110021090N·s。
②塌落振动速度υ的计算
重心落地点至被保护建(构)筑物的距离分别为R1=46m(北侧居民楼)和R2=39m
(新浇混凝土基础)。将上述参数代入计算式(5-26),得落地振速分别为v1=1.803cm/s
和v=2.11cm/s
计算结果表明,采取减振措施后,大楼的塌落振动不会引发安全问题。
类似以上的计算公式不再一一列举。
在目前预估塌落振动速度尚无成熟公式的条件下,也可参照类似工程用类比法估量。
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