橋梁控制爆破拆除的動態(tài)模擬*

謝承煜 王東平 程貴海

1 概述

隨著計算機技術的廣泛應用和發(fā)展,三維應用軟件日趨成熟。通過VB對AutoCAD進行二次開發(fā),可以實現(xiàn)逼真的三維動畫。對爆破倒塌過程進行三維動態(tài)模擬,不僅可以較逼真地模擬倒塌過程,還可以通過觀測倒塌過程來改進爆破效果和防止爆破危害(如爆破震動、噪聲、空氣沖擊波等),同時進行多方案的對比分析,以便于選擇經濟、安全的方案。

2 三維動態(tài)模擬原理

在定向爆破的三維動態(tài)模擬軟件中,AutoCAD作為顯示三維動態(tài)的窗口,通過VB對AutoCAD進行二次開發(fā),其主要目的就是實現(xiàn)數據→模型→動態(tài)的轉換,以達到實現(xiàn)設計計算與結構設計、繪圖一體化的智能軟件。

3 動態(tài)模擬系統(tǒng)設計[1-3]

3.1 引用AutoCAD對象

1)AutoCAD對象應用程序的引用。AutoCAD對象的引用采用對象變量來完成。首先聲明變量類型,然后使用set語句將對象引用賦給變量。設引用AutoCAD應用程序對象(application)的變量名為acadapp,則:

2)AutoCAD應用程序對象下級對象的引用。通過AutoCAD應用程序對象(Application)的屬性或方法逐級向下訪問其所有下級對象,必須先聲明變量類型即定義變量名稱類型。

3.2 連接AutoCAD

在使用VB對AutoCAD進行二次開發(fā)的首要條件是把VB與AutoCAD連接起來,才能達到VB與AutoCAD進行數據→模型→動態(tài)的轉換。VB與AutoCAD的連接要經過以下兩個步驟:

1)在編寫代碼前,在編程環(huán)境中引用AutoCAD對象庫;2)編寫VB程序代碼,創(chuàng)建AutoCAD對象,啟動運行AutoCAD。

當在VB與AutoCAD進行連接之后,VB語言就可以利用AutoCAD對象及其下級對象的屬性和方法,在AutoCAD環(huán)境中進行圖形繪制和編輯等操作。

3.3 模型的創(chuàng)建

用VB編程實現(xiàn)AutoCAD繪圖,就是用Add方法在Auto-CAD模型空間(ModelSpace)創(chuàng)建三維圖形對象,也可以在圖紙空間(PaperSpace)或塊(Block)中創(chuàng)建對象。要創(chuàng)建的對象必須在程序里聲明定義其類型,然后通過set語句給對象賦值并創(chuàng)建對象。在對象創(chuàng)建之后,就可以對其進行各種修改或操作,比如進行移動(Move3D)等。

3.4 模擬步驟

1)完成AutoCAD的連接與啟動。2)設置模擬窗口,在窗口中分別設置命令按鈕commandButton并將其名稱修改為動態(tài)模擬、東北方向、西南方向、東南方向及退出。3)編輯程序,分別生成橋墩、橋拱及河流的三維模型,并用移動(Move3D)方法等使其產生動畫效果。4)鼠標點擊模擬窗口中的動態(tài)模擬命令控件,即可產生動畫效果。

4 工程實例

4.1 工程概況

需爆破拆除的橋梁位于廣西桂平市二線船閘上的引航道上,大橋為拱式結構,總長209.07 m,總凈寬(9+2×1.5)m,由橋面、橋拱及墩臺基礎等構成,其中正橋采用單孔等截面懸鏈線箱拱結構組成,凈跨長100 m,矢跨比為 0.1,正橋兩端各設一孔等截面圓弧線板拱結構引橋,凈跨16 m,矢跨比為0.25。

4.2 爆破方案

首先對橋拱上部的橋面、梁、立柱拱、立柱進行拆除并將廢渣清理完成后,再進行橋拱爆破。本次三維動態(tài)模擬只對橋拱進行并在模擬過程中作適當簡化。

4.3 橋拱爆破參數

橋拱是由4×6個現(xiàn)場澆筑鋼筋混凝土等截面懸鏈線箱組合而成,總長約103.5 m,單個拱箱長約25.5 m,拱肋厚為27 cm,拱底板和頂板厚度為10 cm,拱高1.6。

4.3.1 拱肋爆破參數[4]

1)最小抵抗線 W:取兩個拱肋厚度的1/2,因此 W=13.5 cm;2)炮孔深度 L:拱高 1.6 m,為了保證爆破時破碎均勻,因此取孔深 L=1.2 m;3)孔距 a:a=4W=54 cm,取50 cm;4)單孔裝藥量:Q=qWaH=1 000×0.135×0.50×1.6=108 g,取100 g;5)總裝藥量:總長約103.5m,孔距為0.5 m,單排孔數為103.5/0.5+1=208個,所以總藥量為:208×100×7=145.6 kg。

4.3.2 拱箱底板爆破參數[5]

1)拱箱底板中間布置一排炮眼爆破參數。a.最小抵抗線 W:取拱箱底板厚度的0.2倍,因此 W=2 cm;b.炮孔深度 L:拱箱底板厚10 cm,為了保證爆破時破碎均勻,因此取孔深 L=8 cm;c.孔距a:取 50 cm;d.單孔裝藥量:Q=qWaH=1 200×0.02×0.50×0.1≈2 g,取10 g;e.總裝藥量:橋拱總長約103.5 m,孔距為0.5 m,單排孔數為103.5/0.5+1=208個,所以總藥量為:208×10×6×1=12.48 kg。

2)拱箱底板傾斜炮眼爆破參數。a.最小抵抗線 W:取 W=5 cm;b.炮孔深度L:拱箱底板厚22 cm,為了保證爆破時破碎均勻,因此取孔深 L=15 cm;c.孔距 a:取50 cm;d.單孔裝藥量:Q=qWaH=1 000×0.05×0.50×0.25=6.25 g,取 10 g;e.總裝藥量:橋拱總長約103.5m,孔距為0.5 m,單排孔數為103.5/0.5+1=208個,所以總藥量為:208×10×6×2=24.96 kg。

5 爆破模擬效果

1)2009年11月17日上午10時58分,大橋成功爆破拆除,模擬的倒塌過程和實際爆破的倒塌過程基本一致,從模擬中可以得出,橋梁的失穩(wěn)倒塌條件主要是將橋拱的中點,1/4及3/4處,橋墩與橋拱的連接處等主要受力部分,在做好精確防護工作的前提下加大藥量確保炸斷,使橋梁失穩(wěn)倒塌下落。2)橋拱北側約15 m長部分,下方沒有水流,故只在與橋墩的連接處布置一排垂直炮孔(拱箱內不布置炮孔),使這部分橋拱坍塌下落即可,不必使其破碎,然后用炮機進行二次破碎。從模擬中也可以得出,橋拱保留部分與實際爆破中的倒塌過程基本相同。3)其余部分的橋拱,由于該河流為西江巷道,爆破后不能影響船只通行,每個拱箱底板及拱肋均按設計布置炮孔,使橋拱完全破碎,便于船舶通航及機械打撈鋼筋。模擬中的破碎效果與實際觀測效果相比基本達到要求。

6 結語

橋梁拆除爆破的動態(tài)模擬是促進橋梁爆破向精確化、可控化方向發(fā)展的有效方式,橋梁拆除爆破理論發(fā)展落后于實踐,爆破拆除設計仍以經驗公式為主,對起爆后橋梁的運動、解體、破壞規(guī)律研究不足的問題,通過VB對AutoCAD進行二次開發(fā),在數據→模型→動態(tài)的轉換中達到了橋梁倒塌過程三維動態(tài)模擬,有效地提高橋梁拆除爆破設計的安全性和可靠性,具有較高的實用性。

[1] 曹 青,邱李華,郭志強.VB程序設計教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002.

[2] 佟士懋.AutoCAD ActiveX/VBA二次開發(fā)技術基礎及應用實例[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006.

[3] 高培森.AutoCAD 2005中文版基礎教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

[4] 汪旭光,于亞倫.拆除爆破理論與工程實例[M].北京:人民交通出版社,2008:138-142.