砌体填充墙的抗爆性能

为了揭示砌体填充墙的抗爆破坏机理,在野外实验中,测得了爆炸条件下砌体填充墙上的爆炸荷载及位移,得到了墙的抗爆性能、破坏模式以及碎片的飞散和分布情况。实验结果表明,墙体的破坏模式与荷载的大小有关,其破坏主要由灰缝的破坏引起。结合实验现象,采用分离式建模的精细化数值模拟方法,得到了不同荷载条件下裂缝的发展过程、墙体的边界条件对墙体的破坏模式的影响,确定了墙体不同破坏等级时的药量,进一步说明本文中数值模拟方法的合理性。

     

一种新型危险品仓库结构设计及其安全距离

安全距离是危险品仓库建设和研究中重点关注的问题之一。为减小危险品仓库的安全距离,结合现行规范和危险品仓库建设现状,针对一种由浅埋式库房主体、顶部堆土和钢筋混凝土分配板组成的新型危险品仓库形式开展了3组缩尺模型野外爆炸试验,记录了各组试验的爆炸过程,统计了冲击波超压峰值和爆炸破片的飞散范围,给出了爆炸冲击波的安全距离,分析了分配板、库房强度等因素对冲击波传播和破片飞散的影响。研究表明,这种新型危险品仓库可实现定向泄爆,有效限制库房两侧及后方爆炸冲击波的传播和爆炸破片的飞散,使库房两侧及后方的安全距离最大减小77%;与覆土库相比,库房后方的安全距离可减小约50%。钢筋混凝土分配板是新型危险品仓库的重要组成部分,同无分配板库房相比,最大可使后方安全距离减小30%。与波纹钢库房主体相比,强度较高的钢筋混凝土库房主体可使库房后方的安全距离最大减小38%。     

不同典型形状落石冲击砂垫层试验与量纲分析

开展了球形、锥形和平头3种典型形状落石撞击垫层的冲击力及侵入深度的试验研究。结果表明,落石形状对冲击试验结果有显著影响:相同条件下,平头落石的冲击力最大,侵入深度和冲击力峰值时间最短,锥形落石反之,而球形落石介于两者之间。采用无量纲化分析方法,将落石的质量、速度、形状、特征尺寸,垫层的强度、密度转换为无量纲强度冲击因子I、密度冲击因子λ和形状冲击因子ψ,并对冲击因子与侵入深度的试验数据进行了相关性分析,结果表明:（1）冲击因子I和λ在决定最终侵深z_m/d 中所起到的作用比较相近;（2）冲击因子I和λ对侵入深度的影响分析表明,I和λ的相对独立性较强,相互影响较小,在不同的λ值下,I对侵入深度的影响规律基本一致。     

燃气爆炸作用下蒸压加气混凝土砌体墙的加固性能

为研究燃气爆炸作用下蒸压加气混凝土砌体墙的加固性能,基于有限元软件LS-DYNA,建立了砌体墙简化数值模型,分析了GB 50779-2012 石油化工控制室抗爆设计规范中建议的荷载作用下砌体墙高度和厚度的影响,对比了玄武岩纤维(basalt fiber reinforced plastic, BFRP)布与喷涂式聚脲对蒸压加气混凝土单向砌体墙的加固效果,并以防止砌体墙倒塌为设计目标,给出了加固建议。研究表明,本文中建立的简化数值模型能较好地模拟燃气爆炸作用下蒸压加气混凝土砌体墙的变形和破坏模式,计算结果与试验吻合良好;《规范》建议荷载作用下,未加固砌体墙以弯曲破坏为主,随着墙体高度增加,破坏模式由弯曲破坏向剪切破坏转变;BFRP布条加固可以有效提高墙体抗弯刚度和压拱效应,而聚脲涂层加固对抗弯刚度提高有限但墙体拉拱效应明显,二者均能显著提高墙体抗爆性能;加固墙体均发生弯曲破坏,BFRP布条材料的断裂一般发生在墙体位移最大处,而聚脲涂层材料的断裂发生在跨端边界处。

     

直坑道内防护门上的爆炸冲击波荷载

为可靠开展抗爆结构设计与评估,基于理论计算与数值分析对直坑道内爆炸冲击波荷载的计算问题进行了研究。定量对比分析了现有不同方法计算结果的差异,基于结构响应对不同方法进行了评价,并结合模型实验对近距离爆炸情况下直坑道内防护门上的设计荷载取值问题进行了研究。结果表明,在进行荷载简化时有必要考虑荷载形式与结构响应的耦合,而现有坑道内爆炸冲击波荷载的简化计算方法普遍没有考虑结构动态特性影响,且相互之间存在很大差异,严重影响设计或评估工作的可靠性;近距离爆炸情况下,取门中线上距门边1/4宽度处的压力或门上平均压力作为坑道内防护门上的设计荷载,在比较宽的结构频率范围内是合理的。研究结果可为坑道内结构的防护设计提供参考。

     

爆炸荷载作用下地下复合结构的合理刚度匹配

通过对多层复合结构的力学分析 ,得出了复合结构体系的广义能量泛函 ;并针对具体的算例 ,提出了结构截面合理的刚度匹配关系。     

JPC聚能装药对钢筋混凝土墙毁伤效应的试验与数值模拟研究

为了满足高侵深和大穿孔的要求,设计一种聚能杆式弹丸（jetting projectile charge, JPC）,开展大尺寸钢筋混凝土墙的毁伤效应试验。在此基础上,基于修正参数的K&C(Karagozian&Case)模型进行数值模拟,研究JPC高速侵彻和爆炸冲击波对钢筋混凝土墙的联合破坏作用,分析墙体厚度对破坏效果的影响规律。结果表明,在1.67倍和2.50倍装药直径的炸高条件下,JPC均能够有效贯穿80 cm(6.67倍装药直径)厚的钢筋混凝土墙,形成直径大于6 cm(0.50倍装药直径)的柱状孔洞;聚能装药的多载荷毁伤特性决定了钢筋混凝土墙的破坏结果,爆炸冲击波能够加剧墙体正面开坑和背面崩落的破坏范围;墙体厚度对于墙体正面漏斗坑的直径与深度及内部侵彻孔洞直径均无显著影响;随着墙体厚度增大,背面漏斗坑直径逐渐减小,深度却逐渐增大。     

基于FLACS的某城市燃气储配站气云爆炸安全评估

随着城市的发展,位于城市边缘的燃气储配站逐渐转移到了城市中心,而储配站存在燃气泄漏爆炸的可能,给城市公共安全带来潜在的风险。基于GIS技术建立了南京某燃气储配站所在区域的几何模型,导入FLACS软件进行甲烷气云爆炸数值模拟,研究了储配站气云爆炸发展过程与荷载分布规律,讨论了气云大小、点火位置以及气云位置对爆炸超压的影响,最后根据模拟结果划出爆炸损伤范围。结果表明:将GIS技术应用于FLACS模型建立可以大大缩短建模时间并提高模型精度;当气云尺寸不小于60 m且点火位置存在明显约束或障碍时,点火后可能产生爆燃;气云位于储罐西南侧时将造成大范围的人员轻伤和建筑物轻微损坏,并造成一定范围的人员重伤和建筑物的严重损坏;为避免气云爆炸产生严重后果,储配站附近应尽量减少高大密集的建筑群。