CN117057193A - 一种高层框架剪力墙结构爆破拆除可靠度计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高层框架剪力墙结构爆破拆除可靠度计算方法，包括选取主要构件进行试爆以计算爆破效率并建立概率模型；计算主要构件残余能力比并建立概率模型；确定倒塌方案；生成各构件的起爆值样本；根据残余能力比概率模型随机抽样；基于残余能力比和起爆值对数值模型模量软化；倒塌模拟并检查倒塌过程和倒塌状态；获得可靠度。本发明解决现行的高层框架剪力墙结构爆破拆除方案制定与实施中缺乏有效的风险分析方法这一不足，通过概率模型将炸药单号、构件强度、切口方案、起爆网路等多种影响爆破拆除效果的因素联系起来，用概率可靠度参数评定目标结构倒塌过程和倒塌状态满足预定方案的可能性，提供风险评估与分析依据。
Description
技术领域
本发明涉及楼体爆破拆除技术领域，尤其是一种高层框架剪力墙结构爆破拆除可靠度计算方法。
背景技术
随着城市的发展，一些建筑物或因老旧或因功能不足以满足当前的生活、生产需求，面临拆除。城市内建筑密集度高，且以高层建筑为主，传统的机械或人工拆除方式存在较明显的弊端。随着技术的不断革新，爆破拆除方法已在工程领域取得长足的发展，且相对于传统拆除方法在安全性、实效性和经济性等方面具有突出的优势。
虽然爆破拆除的工程应用很多，但其理论尚不成熟，且结构物的爆破拆除效果受到布孔方案、切口方案、药量单号、起爆网路和结构特性等多个方面因素的影响。因此，在实际的爆破拆除工程案例中，不可避免地存在爆而未倒或未按照既定方案倒塌的现象，给拆除工作带来了巨大的安全隐患，并造成显著的经济损失甚至人员伤亡。
在制定爆破拆除方案时如能有一套科学的方法综合考虑各影响因素的随机性，对目标结构爆破拆除的倒塌过程和最终倒塌形态进行一定的预判，采用概率方法评判现有爆破拆除方案的可靠度，可为爆破方案的设计、优化和决策提供方法参考和关键技术支撑，对于保障目标结构按照既定方案倒塌完成爆破拆除任务具有重要意义。概率可靠度方法可通过数学的方法科学考虑各因素的随机性，已广泛应用不同领域的风险分析，并取得了较好的工程应用。但概率可靠度方法在爆破拆除领域中的应用大都局限于起爆网路的研究。起爆网路的可靠性可科学评判炸药的起爆效果，并不足以评判最终爆破结果的优劣。为此，本申请提出了一种高层框架剪力墙结构爆破拆除可靠度计算方法以解决上述问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种高层框架剪力墙结构爆破拆除可靠度计算方法，以解决现有技术中存在的缺陷。
本申请提供了一种高层框架剪力墙结构爆破拆除可靠度计算方法，包括以下步骤：
S1、选取若干不同位置的主要受力构件，采用不同单号的炸药进行试爆，通过公式(一)计算各试爆构件的爆破效率η；
η＝Vb/Vtol； 公式(一)
其中，Vb是目标构件炮孔高度范围内爆破飞溅出的混凝土体积，Vtol是目标构件炮孔高度范围内全部混凝土体积；
S2、以炸药单号q和配筋率ρ为主要变量，通过公式(二)建立爆破效率η的概率模型；
ln(η)＝θ0+θ1ln(q)+θ2ln(ρ)+σηε； 公式(二)
其中，θ0、θ1和θ2是模型参数，ε是标准正态分布随机变量，ση是模型的标准差；
S3、建立主要受力构件的有限元数值模型，对炮孔高度范围内体积占比为η的混凝土的弹性模量折减至原弹性模量的5％，通过公式(三)计算混凝土柱的残余能力比CRC，通过公式(四)计算混凝土梁残余能力比CRB；
CRC＝Nb/N0； 公式(三)
其中，Nb是对η比率体积的混凝土软化模量之后的钢筋混凝土柱极限轴压承载力，N0是未进行软化模量的钢筋混凝土柱极限轴压承载力；
CRB＝Mb/M0； 公式(四)
其中，Mb是对η比率体积的混凝土软化模量之后的钢筋混凝土梁极限抗弯承载力，M0是未进行软化模量的钢筋混凝土梁极限抗弯承载力；
S4、通过公式(五)建立混凝土柱的残余能力比CRC的概率模型；
CRC＝β0+β1η+σRCε； 公式(五)
其中，β0和β1是模型参数，σRC是模型的标准差；
通过公式(六)建立混凝土梁残余能力比CRB的概率模型；
CRB＝γ0+γ1η+σRBε； 公式(六)
其中，γ0和γ1是模型参数，σRB是模型的标准差；
S5、确定倒塌方式，设计爆破拆除方案，确定各切口角度α和制定切口方案，确定需要爆破拆除的主要受力构件的爆破位置和炮孔布设方案；
S6、设计起爆路网方案，依据起爆路网方案和起爆器材的可靠度参数，通过随机抽样方法计算每一个构件的起爆概率，简记第i个构件的起爆概率为pi，根据各构件的起爆概率pi，对各构件的起爆值Bi进行二项抽样，能够起爆Bi＝1，不能起爆Bi＝0；
S7、根据建立的CRC和CRB的概率模型，对柱构件的CRC进行抽样，对梁构件的CRB进行抽样；
S8、建立待拆除结构的有限元数值模型，对待爆破拆除的构件进行模量的软化，待拆除柱构件软化之后的模量值为BiCRCE0，待拆除梁构件软化之后的模量值为BiCRBE0，其中E0为构件的初始弹性模量，进行倒塌模拟，通过检查倒塌过程和最终的倒塌形态，判断是否满足预定的爆破拆除倒塌目标；
S9、重复步骤S5～S8，通过公式(七)计算爆破方案的可靠度；
R＝m/N；公式(七)
其中，N是重复计算的次数，m是满足预定目标的次数；
S10、检查爆破倒塌方案的可靠度是否满足预定要求，若不满足则重新选取炸药单号，重新设计拆除方案和起爆网络，重复步骤S1～S9，直至满足预定要求。
爆破拆除技术在城市高层建筑的拆除中已得到广泛的应用。但实际工程中爆而未倒和未按照既定方案倒塌的情况时有发生。缺乏一种科学的方法为爆破拆除方案提供风险分析与决策。本发明提供了一种可行的方法，可解决这一问题。
现有的爆破拆除方案制定大都依赖于实施者的工程经验。随着爆破环境越来越复杂，目标结构规模越来越大，业主对于爆破拆除的总成本控制逐步严格，对于结构倒塌效果的预期逐步提提升。但现在缺乏一种有效的方法，将影响爆破拆除倒塌过程和倒塌状态的各因素联系起来，以便于进行爆破拆除方法的科学优化。本发明所提供方法，可解决这一问题。
综上所述，本发明一种高层框架剪力墙结构爆破拆除可靠度计算方法，其目的是解决现行的高层框架剪力墙结构爆破拆除方案制定与实施中缺乏有效的风险分析与控制方法这一不足，通过概率模型将炸药单号、构件强度、切口方案、起爆网路等多种影响爆破拆除各阶段效果的因素联系起来，用概率可靠度参数评定目标结构倒塌过程和倒塌状态满足预定方案的可能性。由于不同结构形式的爆破拆除过程有一定的差异，本发明主要可适用于高层框架—剪力墙结构，本发明可为此类结构爆破拆除方案的设计、优化与决策提供方法指导，为爆破拆除过程的风险评估与分析提供依据。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为拟爆破拆除结构有限元模型图。
图3为爆破效率随炸药单号和配筋率的变化关系。
图4为混凝土柱的残余能力比CRC随爆破效率η的变化关系。
图5为混凝土梁的残余能力比CRB随爆破效率η的变化关系。
图6为拟爆破拆除结构有限元倒塌模拟结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示的一种高层框架剪力墙结构爆破拆除可靠度计算方法，包括以下步骤：
S1、如图2给出了待拆除建筑结构的示意图，选取若干不同位置的主要受力构件，采用不同单号的炸药进行试爆，通过公式(一)计算各试爆构件的爆破效率η；
η＝Vb/Vtol； 公式(一)
其中，Vb是目标构件炮孔高度范围内爆破飞溅出的混凝土体积，Vtol是目标构件炮孔高度范围内全部混凝土体积。
S2、以炸药单号q和配筋率ρ为主要变量，通过公式(二)建立爆破效率η的概率模型；
ln(η)＝θ0+θ1ln(q)+θ2ln(ρ)+σηε； 公式(二)
其中，θ0、θ1和θ2是模型参数，ε是标准正态分布随机变量，ση是模型的标准差。在本实施例中，选取了15个(柱构件8个，梁构件7个)不同位置的主要受力构件，采用不同单号的炸药进行试爆，计算各试爆构件的爆破效率η，以炸药单号q和配筋率ρ为主要变量，建立爆破效率η的概率模型，所得概率模型公式(二)为：
ln(η)＝-1.4618+1.4101ln(q)-0.3469ln(ρ)+0.066ε；
爆破效率η随炸药单号q和配筋率ρ的变化关系和概率模型的计算值见图3。
S3、建立主要受力构件的有限元数值模型，通过软化模量的方式，对炮孔高度范围内体积占比为η的混凝土的弹性模量折减至原弹性模量的5％，通过公式(三)计算混凝土柱的残余能力比CRC，通过公式(四)计算混凝土梁残余能力比CRB；
CRC＝Nb/N0； 公式(三)
其中，Nb是对η比率体积的混凝土软化模量之后的钢筋混凝土柱极限轴压承载力，N0是未进行软化模量的钢筋混凝土柱极限轴压承载力；
CRB＝Mb/M0； 公式(四)
其中，Mb是对η比率体积的混凝土软化模量之后的钢筋混凝土梁极限抗弯承载力，M0是未进行软化模量的钢筋混凝土梁极限抗弯承载力。
S4、通过公式(五)建立混凝土柱的残余能力比CRC的概率模型；
CRC＝β0+β1η+σRCε； 公式(五)
其中，β0和β1是模型参数，σRC是模型的标准差；
通过公式(六)建立混凝土梁残余能力比CRB的概率模型；
CRB＝γ0+γ1η+σRBε； 公式(六)
其中，γ0和γ1是模型参数，σRB是模型的标准差；在本实施例中，选取了8个不同位置混凝土柱子和7个不同位置混凝土梁，所得概率模型公式(五)和公式(六)分别为：
CRC＝0.7077-0.6721η+0.05ε、
CRB＝0.8092-0.6956η+0.05ε；
混凝土柱的残余能力比CRC随爆破效率η的变化关系见图4，混凝土梁的残余能力比CRB随爆破效率η的变化关系见附图5。
S5、确定倒塌方式为定向倒塌或原地坍塌，本实施例中根据场地环境和业主需求确定倒塌方式为定向倒塌，设计爆破拆除方案，确定各切口角度α和制定切口方案，确定需要爆破拆除的主要受力构件的爆破位置和炮孔布设方案。
S6、设计起爆路网方案，依据起爆路网方案和起爆器材的可靠度参数，通过蒙特卡洛随机抽样方法计算每一个构件的起爆概率，简记第i个构件的起爆概率为pi，根据各构件的起爆概率pi，对各构件的起爆值Bi进行二项抽样，能够起爆Bi＝1，不能起爆Bi＝0。
S7、根据建立的CRC和CRB的概率模型，对柱构件的CRC进行抽样，对梁构件的CRB进行抽样。
S8、建立待拆除结构的有限元数值模型，采用软化模量法对待爆破拆除的构件进行模量的软化，待拆除柱构件软化之后的模量值为BiCRCE0，待拆除梁构件软化之后的模量值为BiCRBE0，所述E0为构件的初始弹性模量，进行倒塌模拟，通过检查倒塌过程和最终的倒塌形态，判断是否满足预定的爆破拆除倒塌目标。
S9、重复步骤S5～S8，通过公式(七)计算爆破方案的可靠度；
R＝m/N；公式(七)
其中，N是重复计算的次数，m是满足预定目标的次数。
S10、检查爆破倒塌方案的可靠度是否满足预定要求，若不满足则重新选取炸药单号，重新设计拆除方案和起爆网络，重复步骤S1～S9，直至满足预定要求，在本实施案例中模拟了40次，其中m＝39，R＝0.975，满足工程需要，模拟中的结构倒塌过程见附图6。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (1)
1.一种高层框架剪力墙结构爆破拆除可靠度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选取若干不同位置的主要受力构件，采用不同单号的炸药进行试爆，通过公式(一)计算各试爆构件的爆破效率η；
η＝Vb/Vtol；公式(一)
其中，Vb是目标构件炮孔高度范围内爆破飞溅出的混凝土体积，Vtol是目标构件炮孔高度范围内全部混凝土体积；
S2、以炸药单号q和配筋率ρ为主要变量，通过公式(二)建立爆破效率η的概率模型；
ln(η)＝θ0+θ1ln(q)+θ2ln(ρ)+σηε；公式(二)
其中，θ0、θ1和θ2是模型参数，ε是标准正态分布随机变量，ση是模型的标准差；
S3、建立主要受力构件的有限元数值模型，对炮孔高度范围内体积占比为η的混凝土的弹性模量折减至原弹性模量的5％，通过公式(三)计算混凝土柱的残余能力比CRC，通过公式(四)计算混凝土梁残余能力比CRB；
CRC＝Nb/N0；公式(三)
其中，Nb是对η比率体积的混凝土软化模量之后的钢筋混凝土柱极限轴压承载力，N0是未进行软化模量的钢筋混凝土柱极限轴压承载力；
CRB＝Mb/M0；公式(四)
其中，Mb是对η比率体积的混凝土软化模量之后的钢筋混凝土梁极限抗弯承载力，M0是未进行软化模量的钢筋混凝土梁极限抗弯承载力；
S4、通过公式(五)建立混凝土柱的残余能力比CRC的概率模型；
CRC＝β0+β1η+σRCε；公式(五)
其中，β0和β1是模型参数，σRC是模型的标准差；
通过公式(六)建立混凝土梁残余能力比CRB的概率模型；
CRB＝γ0+γ1η+σRBε；公式(六)
其中，γ0和γ1是模型参数，σRB是模型的标准差；
S5、确定倒塌方式，设计爆破拆除方案，确定各切口角度α和制定切口方案，确定需要爆破拆除的主要受力构件的爆破位置和炮孔布设方案；
S6、设计起爆路网方案，依据起爆路网方案和起爆器材的可靠度参数，通过随机抽样方法计算每一个构件的起爆概率，简记第i个构件的起爆概率为pi，根据各构件的起爆概率pi，对各构件的起爆值Bi进行二项抽样，能够起爆Bi＝1，不能起爆Bi＝0；
S7、根据建立的CRC和CRB的概率模型，对柱构件的CRC进行抽样，对梁构件的CRB进行抽样；
S8、建立待拆除结构的有限元数值模型，对待爆破拆除的构件进行模量的软化，待拆除柱构件软化之后的模量值为BiCRCE0，待拆除梁构件软化之后的模量值为BiCRCE0，其中E0为构件的初始弹性模量，进行倒塌模拟，通过检查倒塌过程和最终的倒塌形态，判断是否满足预定的爆破拆除倒塌目标；
S9、重复步骤S5～S8，通过公式(七)计算爆破方案的可靠度；
R＝m/N；公式(七)其中，N是重复计算的次数，m是满足预定目标的次数；
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117057193B (zh) | 2024-02-09 |
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