橋梁控制爆破拆除的動(dòng)態(tài)模擬*

謝承煜 王東平 程貴海

1 概述

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展,三維應(yīng)用軟件日趨成熟。通過VB對(duì)AutoCAD進(jìn)行二次開發(fā),可以實(shí)現(xiàn)逼真的三維動(dòng)畫。對(duì)爆破倒塌過程進(jìn)行三維動(dòng)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(jìn)爆破效果和防止爆破危害(如爆破震動(dòng)、噪聲、空氣沖擊波等),同時(shí)進(jìn)行多方案的對(duì)比分析,以便于選擇經(jīng)濟(jì)、安全的方案。

2 三維動(dòng)態(tài)模擬原理

在定向爆破的三維動(dòng)態(tài)模擬軟件中,AutoCAD作為顯示三維動(dòng)態(tài)的窗口,通過VB對(duì)AutoCAD進(jìn)行二次開發(fā),其主要目的就是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)→模型→動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)換,以達(dá)到實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、繪圖一體化的智能軟件。

3 動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)[1-3]

3.1 引用AutoCAD對(duì)象

1)AutoCAD對(duì)象應(yīng)用程序的引用。AutoCAD對(duì)象的引用采用對(duì)象變量來完成。首先聲明變量類型,然后使用set語句將對(duì)象引用賦給變量。設(shè)引用AutoCAD應(yīng)用程序?qū)ο?application)的變量名為acadapp,則:

2)AutoCAD應(yīng)用程序?qū)ο笙录?jí)對(duì)象的引用。通過AutoCAD應(yīng)用程序?qū)ο?Application)的屬性或方法逐級(jí)向下訪問其所有下級(jí)對(duì)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(duì)AutoCAD進(jìn)行二次開發(fā)的首要條件是把VB與AutoCAD連接起來,才能達(dá)到VB與AutoCAD進(jìn)行數(shù)據(jù)→模型→動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)換。VB與AutoCAD的連接要經(jīng)過以下兩個(gè)步驟:

1)在編寫代碼前,在編程環(huán)境中引用AutoCAD對(duì)象庫;2)編寫VB程序代碼,創(chuàng)建AutoCAD對(duì)象,啟動(dòng)運(yùn)行AutoCAD。

當(dāng)在VB與AutoCAD進(jìn)行連接之后,VB語言就可以利用AutoCAD對(duì)象及其下級(jí)對(duì)象的屬性和方法,在AutoCAD環(huán)境中進(jìn)行圖形繪制和編輯等操作。

3.3 模型的創(chuàng)建

用VB編程實(shí)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(duì)象,也可以在圖紙空間(PaperSpace)或塊(Block)中創(chuàng)建對(duì)象。要?jiǎng)?chuàng)建的對(duì)象必須在程序里聲明定義其類型,然后通過set語句給對(duì)象賦值并創(chuàng)建對(duì)象。在對(duì)象創(chuàng)建之后,就可以對(duì)其進(jìn)行各種修改或操作,比如進(jìn)行移動(dòng)(Move3D)等。

3.4 模擬步驟

1)完成AutoCAD的連接與啟動(dòng)。2)設(shè)置模擬窗口,在窗口中分別設(shè)置命令按鈕commandButton并將其名稱修改為動(dòng)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(dòng)(Move3D)方法等使其產(chǎn)生動(dòng)畫效果。4)鼠標(biāo)點(diǎn)擊模擬窗口中的動(dòng)態(tài)模擬命令控件,即可產(chǎn)生動(dòng)畫效果。

4 工程實(shí)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?yàn)楣笆浇Y(jié)構(gòu),總長209.07 m,總凈寬(9+2×1.5)m,由橋面、橋拱及墩臺(tái)基礎(chǔ)等構(gòu)成,其中正橋采用單孔等截面懸鏈線箱拱結(jié)構(gòu)組成,凈跨長100 m,矢跨比為 0.1,正橋兩端各設(shè)一孔等截面圓弧線板拱結(jié)構(gòu)引橋,凈跨16 m,矢跨比為0.25。

4.2 爆破方案

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

4.3 橋拱爆破參數(shù)

橋拱是由4×6個(gè)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(gè)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(shù)[4]

1)最小抵抗線 W:取兩個(gè)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(shí)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(shù)為103.5/0.5+1=208個(gè),所以總藥量為:208×100×7=145.6 kg。

4.3.2 拱箱底板爆破參數(shù)[5]

1)拱箱底板中間布置一排炮眼爆破參數(shù)。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(shí)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(shù)為103.5/0.5+1=208個(gè),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(shù)。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(shí)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(shù)為103.5/0.5+1=208個(gè),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(shí)58分,大橋成功爆破拆除,模擬的倒塌過程和實(shí)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(diǎn),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(hù)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(cè)約15 m長部分,下方?jīng)]有水流,故只在與橋墩的連接處布置一排垂直炮孔(拱箱內(nèi)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(jī)進(jìn)行二次破碎。從模擬中也可以得出,橋拱保留部分與實(shí)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(gè)拱箱底板及拱肋均按設(shè)計(jì)布置炮孔,使橋拱完全破碎,便于船舶通航及機(jī)械打撈鋼筋。模擬中的破碎效果與實(shí)際觀測效果相比基本達(dá)到要求。

6 結(jié)語

橋梁拆除爆破的動(dòng)態(tài)模擬是促進(jìn)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(shí)踐,爆破拆除設(shè)計(jì)仍以經(jīng)驗(yàn)公式為主,對(duì)起爆后橋梁的運(yùn)動(dòng)、解體、破壞規(guī)律研究不足的問題,通過VB對(duì)AutoCAD進(jìn)行二次開發(fā),在數(shù)據(jù)→模型→動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)換中達(dá)到了橋梁倒塌過程三維動(dòng)態(tài)模擬,有效地提高橋梁拆除爆破設(shè)計(jì)的安全性和可靠性,具有較高的實(shí)用性。

[1] 曹 青,邱李華,郭志強(qiáng).VB程序設(shè)計(jì)教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[2] 佟士懋.AutoCAD ActiveX/VBA二次開發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用實(shí)例[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006.

[3] 高培森.AutoCAD 2005中文版基礎(chǔ)教程[M].北京:機(jī)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(shí)例[M].北京:人民交通出版社,2008:138-142.