风效应对爆破拆除烟囱倒塌过程的影响

陈路阳

【摘 要】 爆破拆除烟囱倒塌过程中，控制烟囱的倾倒方向是重中之重，这其中，风荷载有着关键性的影响。本文主要分析了风荷载中，静力风效应、顺风向效应、横风向风振响应的影响，并且提出了风效应选择条件，希望对爆破拆除烟囱倒塌过程中的风效应的控制，起到一定的参考作用。

【关键词】风效应对  爆破拆除  烟囱倒塌  影响

横风向风效应、顺风向风效应、静力风效应是风荷载的三种作用。顺风向风效应主要是自激振动影响。横风向风效应主要产生，结构扭转风振响应、横风向空气动力失稳、横风向旋涡脱落的影响。这其中，横风向风效应具有周期性和确定性。在风效应产生转振动响应的时候，因为其效果不是很显著，可以不进行计算考虑。

1 静力风效应

静力风效应主要是通过结构静力学开展分析的。静力风效应计算中，因为烟囱抗风设计仅仅对弹性变形考虑，所以能简化成截面阶段性的悬臂杆。烟囱产生的变形是弯曲变形，中间不存在刚性的横隔。所以对其模型的的分析，主要是动力连续化特性分析。气流在通过烟囱时导致钝体绕流，于是烟囱的形状和尺寸就产生了变化，流体出现相应变化。风效应主要是在烟囱的正面以及侧面和背面产生不相同压力[1]。并且，尽管在同一面，但是不同高度处实际的压力分布也呈现均匀的分布。在地貌和离地面的变化高度出现变化时，风速相应产生变化。所以，计算烟囱的具体风压时候，不但要考虑结构的体型，还要对离地面高度、地貌地形不同因素进行计算。下面给出相关因素单位风压的计算公式：

离地面高度z风压：

烟囱高度H的立面风压：

2 顺风向效应

在烟囱的截面出现高度的规则变化时候，烟囱的顺风向风振响应在计算的时候，仅仅需要把截面烟囱中的顺风向展开风振响应核算，部分的烟囱因为功能在对应高度部位附加大质量，这种类烟囱的质量和结构的截面，沿高度变化实际是呈现不规则情况的，仅仅要考虑风压相关性。平均风下，因为烟囱是弹性的结构，所以烟囱的弯曲响应，最好是依照结构力学进行计算，也能按照振型的分解法开展计算。等截面的烟囱，在第一振型的曲线最好使用均布荷载的挠曲线进行表示[2]。总的来说，一旦烟囱的截面尺寸出现，伴随高度的减小情况，烟囱的振型函数需要进行调整。烟囱没有截面面积的突变，在确定了其顶部以及底部的迎风面实际宽度之后，振型函数就能确定了。

3 横风向风振响应

结构横风的强迫振动，引起原因有两个，第一，横风向风紊流和尾部激励。前者和后者主要引起的是，结构横风向振动。此外，烟囱刚心中的质心不重合，会产生结构顺风向的振动和风荷载的扭转效应，于是引起烟囱在横风向的振动。这其中，风紊流在结构影响方面不大，对其计算能使用顺风向动力的响应分析方法，展开计算。应用在实际工程中，尾流激励是大部分结构横风向的振动。圆截面烟囱主要受到周期性干扰力作用。实验表明，在周期性的干扰力影响下，旋涡的脱落次数，在某高度处和结构自振频率靠近。于是产生了大振幅的共振锁定[3]。结构上位置主要是周期性干扰力作用。在旋涡脱落的频率变化到和结构自振频率一致时，旋涡脱落频率在固定范围内不变。不出现共振锁定的现象。结构大的共振不会被引起。其微小影响，基本上可以忽略。

4 风效应选择条件

在高度不低于30m，并且基本的自振周期不小于0.25S的时候，风效应对结构振动比较显著，并且伴随结构的自振周期逐步延长，风压脉动也需要考虑到在结构中产生的影响。需要按照结构随机理论开展。当高度不大于0.25S的时候，同高度不大于30m的烟囱，风振影响也要考虑进去。但是因为这种类型的建筑，一般依照规定的强度结构进行结构设计，所以风振响应的影响不大，可以忽略。在一般烟囱结构进行风振效应估计的时候，考虑第一振型就可以了。具体计算公式为

本公式中，是Z高度风振系数。对于横风向风振的影响考虑的时候，主要是对阻尼比、自振频率、截面形状面积、高度进行考虑。通过借鉴有关资料和工程经验进行计算。在建筑高度大于150m的时候，显著的横向风振效应可以在爆破烟囱的时候出现，这个过程中，还受到高宽比和高度影响。扭转风荷载，在立面风压的非对称性中产生着重要作用。并且受到湍流度和截面的形状影响[4]。所以说，在进行扭转风振设计的时候，烟囱建筑深宽比、建筑的高度、结构自振频率都需要考虑进来，还要注意质量偏心、结构刚度对其产生的效果。

5 结语

风效应在爆破拆除烟囱的过程中，有着很大随机性和复杂性，为了保证烟囱倒向了预定方向，减少卷起的尘土，保证整个爆破过程当中没有造成人员财产损失。要对风效应对爆破的影响进行测算，排除安全隐患，保证爆破现场群众和财产安全。

参考文献

[1]Simiu E. Scanlan  R  H. Wind  effects on structures  fundamentals and applications to design. The  3rd Edition[R].John Wiley and Sons .New York.1996.

[2]言志信，叶振辉，刘培林，等.钢筋混凝土高烟囱定向爆破拆除倒塌过程研究.田振动与冲击，2011，30（9）：197-201.

[3]Shi-fu. Research on an 100m high chimney demolished by directional blasting[J].Engineering Blasting，1996，2（3）：23-28.

[4]言志信，叶振辉，刘培林，等.钢筋混凝土高烟囱定向爆破拆除倒塌过程研究.田振动与冲击，2011，30（9）：197-201.