120 m煙囪爆破拆除倒偏原因分析

周鳳儀,劉士兵,王本鳳,胡 軍,曾壽禮

(1.國防科技大學工程兵學院, 湖南長沙 410003;2.湖南神斧民爆集團工程爆破有限公司, 湖南長沙 410013)

120 m煙囪爆破拆除倒偏原因分析

周鳳儀1,劉士兵2,王本鳳2,胡 軍2,曾壽禮1

(1.國防科技大學工程兵學院, 湖南長沙 410003;2.湖南神斧民爆集團工程爆破有限公司, 湖南長沙 410013)

根據被爆煙囪倒偏約 13°的實際,從爆破切口中心線兩側擬爆除體承載強度的不對稱、爆破切口中心線兩側豎筋失穩承載力的不對稱、后支撐體中心兩側豎筋抗拉斷力的不對稱、后支撐體中心兩側材料強度的不對稱 4個方面,對煙囪實際倒塌方向偏離設計倒塌方向的原因進行了深入的分析。

煙囪定向爆破;倒塌方向;煙道口;偏差原因

1 煙囪結構

座落于某電廠的鋼筋混凝土煙囪高 120 m,距地面 5 m處的外徑為 9.7 m,壁厚 0.38 m;HRB335單層配筋,豎筋Φ20@150,環筋Φ16@200;上口外徑 4.5 m,壁厚 0.18 m;在西向地面上有寬 1.8 m、高 2.5 m除灰口,在距地面 3 m有除灰漏斗平臺,在距地面 4 m處正南、北向各有一寬 4 m、高 8 m煙道口,正北煙道口已封堵;煙囪混凝土強度等級為C25,質量為 1800 t,質心高度為 46 m,每度圓心角對應的弧長為 8.46 cm。

2 爆破設計與爆破效果

倒塌方向線定在南偏西 11.8°,即煙道口中心線右偏 11.8°。煙囪倒塌中心線與煙道口中心線的位置關系見圖1。

圖1 倒塌中心線與煙道口中心線的關系

爆破切口為正梯形,切口底排孔距地面 5 m,即在煙道口底沿以上 1 m;爆破切口長度 L=0.59πD=0.59π×9.7=18 m,對應的圓心角為 212.4°;爆破切口高度 h=6δ=6×0.38=2.28 m,實取 2.4 m。

煙囪壁厚δ=0.38 m,煙囪內部打孔,孔徑 40 mm,爆破參數見表1。

表1 爆破參數

起爆后,歷時約 11 s煙囪全部落地,方向向東偏約 13°,見圖2。

圖2 設計倒塌中心線與實際倒塌中心線示意

3 煙囪倒偏原因分析

將爆破切口選在煙道口高度范圍內,導致了爆破切口中心線兩側擬爆除體承載強度的不對稱、爆破切口中心線兩側豎筋失穩承載力的不對稱、后支撐體中心兩側豎筋抗拉斷力的不對稱、后支撐體中心兩側材料強度的不對稱,這些“不對稱”因素是煙囪倒偏的直接原因。為便于敘述,用圖3示出了切口爆除體與余留支撐體條塊。

圖3 切口爆除體與余留支撐體條塊

3.1 爆破切口中心線兩側擬爆除體承載強度不對稱

(1)爆破切口中心線兩側擬爆除體的荷載。爆破前,煙囪處于穩定平衡狀態,煙囪總質量分配給爆破切口中心線兩側擬爆除體的分質量是相同的,即M0.5爆=0.5×(總質量×切口圓心角 /360°)=531(t)。

(2)爆破切口中心線兩側擬爆除體的承載面積。切口左爆除體承載面積S1=65.1/360π(-)=2.012(m2)。切口右爆除體承載面積 S2=

(3)爆破切口中心線兩側擬爆除體承載強度。切口左爆除體承載強度σ混左=M0.5爆/S1=2.59(MPa)。切口右爆除體承載強度σ混右=M0.5爆/S2=2.19(MPa)。

計算結果表明,爆破切口中心線兩側擬爆除體的載荷強度是不對稱的,左側大,右側小,左側較右側有優先失穩的趨勢。

3.2 爆破切口中心線兩側豎筋失穩承載力不對稱

(1)爆破切口中心線兩側豎筋根數不同。切口左側豎筋根數 N1=(65.1πR外/180)/0.15=37(根)。切口右側豎筋根數 N2=(76.8πR外/180)/0.15=44(根)。

(2)爆破切口中心線兩側單根豎筋承載力不同。切口左側單根豎筋承載力 F筋左=M0.5爆/N1=140643(N)。切口右側單根豎筋承載力 F筋右=M0.5爆/N2=118268(N)。

計算結果表明,爆破切口中心線兩側單根豎筋承載的力是不同的,爆除體被起爆后,暴露的豎筋左側承載的力大,右側承載的力小,左側較右側有優先失穩的趨勢。

3.3 后支撐體中心兩側豎筋抗拉斷力不對稱

(1)支撐體中心線兩側豎筋根數不同。支撐體左側豎筋根數 N3=(56.2πR外/180)/0.15=32(根)。支撐體右側豎筋根數 N4=(44.3πR外/180)/0.15=25(根)。

(2)支撐體中心線兩側豎筋抗拉斷力不同。HRB335鋼筋拉斷強度為 455 MPa,單根Φ20豎筋的截面積為 314 mm2,計算支撐體左、右豎筋抗拉斷力為:支撐體左側豎筋抗拉斷力 T左=32×455×314=4571840(N);支撐體右側豎筋抗拉斷力 T右=25×455×314=3571750(N)。

計算結果表明,爆破切口中心線兩側豎筋抗拉斷力是不同的,即左側豎筋的抗拉斷力較右側高1.28倍,有右側豎筋被先拉斷而利于左偏轉的趨勢。

3.4 后支撐體中心兩側材料強度不對稱

煙道口部位囪壁材料長期受高溫煙氣影響,造成材料強度一定程度的折減。由煙囪設計規范可知,C25混凝土在溫度為 20℃時的強度標準值為16.7 MPa,當溫度為 200℃時的強度標準值為 12.1 MPa,高溫下強度標準值只有常溫下強度標準值的72.5%;而 HRB335鋼筋在溫度為 20℃時的強度標準值為 335MPa,當溫度為 200℃時其強度標準值為285 MPa,高溫下強度標準值只有常溫下強度標準值的 85.1%。

由于囪壁材料距離煙道口有遠有近,壁體材料溫度與溫度折減系數也不同,加之設計倒塌中心線與煙道口中心線有 11.8°的夾角,使倒塌中心線與支撐體中心線兩側對稱點的材料強度有差異,這也是倒偏的重要因素。

分析表明:“四個不對稱”是導致煙囪偏離設計方向 13°的主要原因,所以有爆破專家作出了“爆破切口不宜選擇在煙道口高度范圍內”的結論。

[1] 王旭光,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.

[2] 朱朝祥,崔允武,高 星,等.兩座高 120 m鋼筋混凝土煙囪的爆破拆除[J].工程爆破,2008,(2).

[3] 劉殿書,劉宏剛,于亞倫.鋼筋混凝土煙囪爆破拆除倒塌方向的控制[A].中國爆破新技術Ⅱ[C].北京:冶金工業出版社,2008.

[4] 趙福興.控制爆破工程學[M].西安:西安交通大學出版社,1988.

[5] GB50051-2002.煙囪設計規范[S].

2011-06-26)

周鳳儀(1949-),男,注冊爆破高級工程師,主要從事爆破技術工作。