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框架结构定向拆除爆破触地震动数值模拟及影响因素研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着城市化进程的加速，城市中老旧建筑物的更新换代需求日益迫切。在城市建设中，为了给新的建筑项目腾出空间，拆除那些使用年限已久、功能无法满足现代需求或因城市规划调整而不再符合布局的建筑物成为必然。框架结构作为一种常见的建筑结构形式，广泛应用于各类建筑中，从商业大厦到居民住宅，从学校教学楼到工业厂房等。然而，由于其结构特点和在城市中的重要位置，拆除框架结构建筑物时需要格外谨慎。传统的拆除方法，如人工拆除或机械拆除，在面对大型、高层框架结构建筑物时，往往效率低下、成本高昂，且存在较大的安全风险。相比之下，拆除爆破技术凭借其高效、快速、经济的特点，成为拆除大型框架结构建筑物的首选方法之一。

拆除爆破在实际应用中取得了显著的成效。例如，在一些城市的中心区域，成功拆除了阻碍城市发展的老旧建筑，为城市的现代化建设提供了宝贵的土地资源。然而，爆破拆除过程中产生的触地震动问题逐渐引起了人们的关注。当框架结构建筑物在爆破作用下倒塌触地时，会产生强烈的震动，这种震动以地震波的形式向周围传播，可能对周边的建筑物、地下管线、基础设施等造成严重的损害。在某些拆除爆破工程中，由于触地震动的影响，导致附近建筑物的墙体出现裂缝、地基下沉，地下管线破裂，不仅影响了周边居民的正常生活，还带来了巨大的经济损失。

在城市环境中，周边建筑密集，人口众多，任何一次拆除爆破工程都必须确保周边环境的安全。触地震动作为拆除爆破中最主要的有害效应之一，其强度和传播特性直接关系到周边建筑物和人员的安全。如果不能对触地震动进行有效的控制和预测，可能会引发一系列的安全事故，如建筑物倒塌、人员伤亡等，这将对城市的稳定和发展造成严重的影响。因此，深入研究框架结构定向拆除爆破触地震动，对于保障爆破工程的安全实施，减少对周边环境的影响，推动城市建设的可持续发展具有重要的现实意义。通过对触地震动的研究，可以优化爆破设计方案，合理选择爆破参数，采取有效的减振措施，从而降低触地震动的危害，确保拆除爆破工程在城市环境中的安全进行。

1.2国内外研究现状

在框架结构定向拆除爆破方面，国外起步较早，技术相对成熟。早在20世纪中叶，欧美等国家就开始将爆破技术应用于建筑物拆除，如原西德用爆破方法拆除了几百座桥梁，英国也成功爆破拆除多座高大建筑物。随着时间的推移，相关的理论和技术不断发展。在爆破方案设计上，国外学者注重根据建筑物的结构特点、周边环境等因素进行精细化设计，采用先进的测量和监测技术，如激光扫描、卫星定位等，对爆破过程进行实时监控，以确保爆破的安全和效果。

国内的拆除爆破技术兴起于20世纪50年代，经过多年的发展，在工程实践和理论研究方面都取得了显著的成果。国内众多高校和科研机构，如北京理工大学、武汉理工大学等，对框架结构定向拆除爆破进行了深入研究。在工程实践中，成功完成了众多复杂环境下的框架结构拆除爆破工程，如北京华侨大厦旧楼拆除工程，主楼8层，高34m，总拆除量13000余m3。在理论研究方面，国内学者提出了多种适用于框架结构拆除爆破的理论和方法，如基于多刚体-弹簧理论的散体单元和Lagrange单元耦合分析模型，该模型考虑了钢筋和混凝土的本构关系以及它们的共同工作机理，同时兼顾了框架结构的实际受力变形特点，能够较好地模拟框架结构的倒塌过程。

在触地震动数值模拟方面，国外的研究主要集中在利用先进的数值模拟软件和算法，对建筑物倒塌触地过程进行精确模拟。例如，运用ANSYS/LS-DYNA、ABAQUS等软件，考虑材料的非线性、大变形等因素，建立详细的数值模型，分析触地震动的传播规律和影响因素。一些研究通过现场实测数据对数值模拟结果进行验证和校准，提高了模拟的准确性。

国内在这方面的研究也取得了一定的进展。学者们针对不同的结构类型和爆破条件，开展了大量的数值模拟研究。通过建立合理的数值模型，分析爆破切口高度、倒塌方式、地质条件等因素对触地震动的影响。如通过模拟某八层框架结构楼房在不同爆破高度情况下的震动情况，验证了触地震动变化假设的合理性。同时，国内研究还注重将数值模拟结果与工程实际相结合，提出了一系列有效的减振措施，如在倒塌区域铺设缓冲材料、采用分段爆破、缩小冲击接触面积等。

尽管国内外在框架结构定向拆除爆破和触地震动数值模拟方面取得了不少成果，但仍存在一些不足之处。在爆破设计方面，目前的设计方法仍在一定程度上依赖经验，缺乏统一的、精确的理论模型，难以满足复杂结构和特殊环境下的爆破需求。在触地震动数值模拟方面，虽然已经取得了一定的进展，但由于建筑物倒塌触地过程的复杂性，数值模拟中对一些关键因素的考虑还不够全面，如材料的动态力学性能、结构的局部破坏模式等，