飞机撞击引起爆炸-火灾后建筑坍塌过程模拟

为了解飞机撞击超高层建筑后致使建筑坍塌或倾倒过程,基于颗粒流理论进行了该过程模拟,包括飞机撞击、油箱爆炸、火灾和建筑坍塌过程。模拟分4个阶段:初始至撞击、撞击至油箱爆炸、爆炸至火灾、建筑坍塌至结束。引入了颗粒流爆炸模型和考虑钢混等效结构的火灾模型。分别在建筑高程250 m和100 m处实施了撞击模拟。结果表明,不同的撞击高度所造成的建筑破坏效果和过程有同有异。共同点是飞机的撞击并不是建筑破坏的直接原因。飞机油箱爆炸破坏了外围框架,也造成核心筒结构的损伤,因此爆炸是建筑破坏的起因。不同点是250 m撞击时爆炸引起的火灾加速了上部建筑的倾倒,但最终撞击处下部建筑结构仍完整,这个过程时间较长。100 m时火灾几乎未起到任何助力坍塌的作用,建筑便已经开始不可逆的坐塌过程,该过程时间较短。     

地震作用下尾矿库溃坝过程模型试验及加固方案

为研究地震作用下一般尾矿库的动力特性及破坏规律,探寻坝体加固方法,开展尾矿库概化模型振动台试验。由振动台提供水平动力,利用加速度传感器、激光位移传感器、动态数据采集系统及高速相机等设备获取坝顶加速度、位移及变形数据,分析尾矿库溃坝原因,提出坝体加固方案。试验结果表明,受地震荷载作用的尾矿坝,在坝体坡面2/3处出现"抛掷"现象;加速度放大系数随坝体高程变化不明显,随峰值加速度增加而递减;当峰值加速度达到0.4 g时,尾矿库经历液化、滑移、开裂,最终导致溃坝;溃坝后的泥浆沿下游不断演进直至停滞,堆积形态呈三角形;在坝底打抗滑桩加固能提高坝体的稳定性。     

基于PFC3D的尾矿库地震稳定性模拟与分析

以西辛庄尾矿库为例,研究了不同地震加速度情况下尾矿库内部结构的变形和稳定性。采用PFC3D对基岩、初期坝、尾黏土、尾粉土、尾粉砂部分进行模拟,对表现为连续体的基岩颗粒采用接触连接和平行连接,对表现为松散体的其余4部分主要采用接触连接。在地震动峰值加速度分别为0.1g、0.2g、0.4g、0.6g的震动波作用下,模拟了20 s内尾矿库内颗粒运动变形及边坡滑落情况。结果表明:随着震动的持续,颗粒位移从尾矿库坡底向坡顶发展;除初期坝外,尾矿库发生位移的颗粒都集中在初期坝产生被动土压力的区域(下滑区);尾矿库的破坏过程为从初期坝背侧尾粉砂部分发生位移,到初期坝破坏,再到尾粉砂边坡的整体下滑,该过程是加速的,开始于出现尾矿库边坡凹陷,停止于下滑区完全破坏。     

建筑火灾坍塌危险性的评估

从建筑火灾坍塌事故的特点及危害入手,分析了火灾中影响建筑坍塌时间的因素,阐述了建筑火灾坍塌前兆,得出建筑火灾坍塌危险性评估结论:在无爆炸发生情况下,无先天质量问题的钢筋混凝土建筑,一般在火灾持续5、6个小时内不会发生整体坍塌;我国北方建筑比南方的建筑普遍抗烧塌性相对较强;按防震设计的震区建筑,其火灾抗塌性明显增强;灭火冷却及时的建筑不易坍塌。     

基于Voronoi图和时间效应的矿柱失稳预测

针对香炉山大规模地下采空区,借助Voronoi图确定分摊面积来模拟矿柱荷载分布、矿柱破坏、荷载转移以及荷载重新分布的过程,从而确定现阶段的不稳定矿柱,并在此基础上考虑时间效应。用该方法可得出,目前香炉山钨矿不稳定矿柱的失稳不会造成大规模的坍塌,考虑时间效应,则20年时间效应内二四坑口的南区有发生连续坍塌的可能。为防止矿柱发生大范围坍塌,结合香炉山钨矿的实际情况,最终确定胶结充填法为该矿山当前处理空区的最适宜方法。     

爆破开采对采空区地面建筑抗震性能的影响分析

为研究爆破开采对煤矿采空区地面建筑抗震安全性的影响,提出爆破开采作用下煤矿采动建筑动力响应的分析方法。重点探讨所论建筑对爆破开采地震动力的加速度响应及其应力场分布。将煤矿采动建筑的爆破地震动力响应在岩层注浆前后的变化,进行对比分析。结果表明,爆破开采地震波的冲击破坏效应严重劣化煤矿采动建筑的抗震性能;岩层的移动破断能够增大岩体的破碎度和耗能能力,降低爆破开采地震波传到地表的灾害能量,但增大煤矿采空区及其上方地面建筑失稳破坏的概率。对岩层注浆加固,能够增加煤矿采动建筑的爆破地震动力响应速度,降低煤矿采空区动力失稳坍塌的危险性。     

火灾引发超高层建筑非连续倒塌模拟研究

为了解超高层建筑发生火灾后变形特征及失稳后的非连续坍塌过程,掌握引起变形和坍塌的原因,将三维颗粒流软件(PFC3D)作为模拟平台,设置核心筒-框架结构的超高层建筑火灾区域,并模拟坍塌过程。在考虑钢筋和混凝土共同作用结果的基础上,提出火灾区域中构件属性设置方法及模拟步骤。分析得到造成建筑结构摆动的3种原因,一是火区位置不同导致上部结构对火区的压力不同,二是火区位置不同导致结构受到的约束不同,三是受热膨胀性使构件产生不同程度变形。结果表明:燃烧温度为500℃,3 h后建筑发生摆动,表现出对火区位置和燃烧时间敏感的特征。1 000℃下1 h内,建筑物首先发生破坏的是梁构件,然后是承重柱。即建筑一旦进入结构破坏阶段,坍塌将是迅速且不可逆的。     

地铁隧道地震动力响应模拟试验研究

为研究地震荷载作用下隧道结构的动力响应,以指导隧道修建施工和衬砌支护,提高地铁隧道的整体抗震能力,采用理论分析、数值模拟和室内试验相结合的方法,对地铁隧道地震动力响应进行研究。选取沈阳地铁2号线某段隧道为工程背景,在理论分析地铁隧道地震动力响应的前提下,运用FLAC~(3D)数值软件模拟地铁隧道地震动力响应情况,地铁隧道两帮壁正负45°区域剪应力、主应力和位移最显著,监测点加速度变化趋势与输入地震波加速度时程曲线较为一致。在室内振动台试验中,地基土体表面峰值加速度明显比地基土体深部大,隧道两帮壁正负45°位置附近应变最大,振动停止后应变并未归零。数值模拟与室内试验研究结果较为吻合表明,由于人工波的地震烈度较现场波大,地铁隧道的地震扰动强烈;地铁隧道两帮壁正负45°区域地震动力响应剧烈,极易发生破坏。可根据这一现象有针对性地采取抗震措施,保证地铁隧道的安全、稳定。     

富氧条件下不同泄爆面积对CH4燃烧诱导快速相变的影响

为了研究富氧条件下不同泄爆面积对CH4燃烧诱导快速相变的影响,基于自主设计搭建的CH4燃烧诱导快速相变试验台,通过改变富氧系数和泄爆面积对CH4燃烧的压力振荡特性进行研究,分析了不同富氧系数E(0.21,0.3,0.4,0.6)及泄爆面积比(0,0.25,0.5,0.75,1)下CH4燃烧的压力峰值、到达压力峰值的时间及特征时间等参数的变化趋势。结果表明,随富氧系数增大,爆炸压力峰值逐渐增大。富氧系数E=0.21时,压力峰值低于相应的绝热压力,无压力振荡;当E=0.3时,压力峰值低于相应的绝热压力且伴随压力振荡。当E为0.4、0.6时,压力峰值高于相应绝热压力且伴随压力振荡;在泄爆条件下,随富氧系数增加,到达压力峰值的时间逐渐减小。通过分析不锈钢管道中的燃烧诱导快速相变现象,发现泄爆可以有效降低爆炸压力峰值,且随泄爆面积比增大,到达压力峰值的时间提前。     

地震避险自救互救常识

地震是指地球表面发生快速震动的一种现象。地震突发性强,波及范围大,极具破坏性。地震的发生常导致桥梁断落、房屋坍塌、水坝开裂,严重的更会造成人员伤亡。地震还会致使一些次生灾害的发生,如滑坡、泥石流等。地震目前还是人类尚无法避免或控制的自然灾害,但只要掌握一些技巧,能使伤害降到最低。破坏性地震从人感觉振动到建筑物被破坏平均只有12秒钟.在这短短的时间里,我们应该沉着冷静,应根据所处环境迅速作出保障安全的抉择!     

混合质量阻尼器(HMD)抗震控制研究

建筑物的倒塌是地震造成破坏的主要形式之一 ,它导致大量的人员和财产损失。不断改进建筑物的抗震设计方法是传统的抗震减灾措施。随着结构振动控制领域的不断发展 ,它为建筑抗震减灾提供了一个新的途径。根据建筑结构抗震设计“三水准”的设防准则 ,混合质量阻尼器 (HybridMassDamper ,HMD)被应用于建筑抗震减灾中 ,对于发生频度较高的低烈度地震 ,主要通过调谐质量阻尼器 (TunedMassDamper ,TMD)控制结构的振动 ;而当发生烈度较高的地震或TMD不能满足控制目标要求时 ,启动作动器施加主动控制力 ,用主动控制力驱动TMD的附加质量块 ,提供给主结构更大的控制力 ,把TMD转化为主动质量阻尼器 (ActiveMassDemper ,AMD) ,取得预期的控制效果。理论分析和仿真计算表明 ,HMD适用地震激励的范围广 ,控制效果显著     

基于能力谱的建筑物震害评估及城市抗震规划

为减轻地震建筑物破坏带来的人员伤亡和经济损失,根据能力谱方法计算7度和8度地震影响下建筑物的破坏状态,在此基础上进行城市抗震规划。首先把城市建筑物分成钢筋混凝土、砌体、钢框架及木结构4类;然后利用能力谱方法得到建筑物各种损坏状态的概率及震害指数;最后提出抗震规划措施,在GIS环境下可视化表达建筑物震害分级图。结果表明,中层小于低层和高层建筑物的震害指数;对低层和中层建筑物,钢筋混凝土的抗震能力较强。7度地震时,未设防和低设防建筑物的震害指数在0.5和1.0之间,轻微破坏;部分中等设防和高设防建筑物的震害指数小于0.5,基本完好。8度地震时,4类建筑物的震害指数在0.5～1.0之间,轻微破坏。进行城市抗震规划后,建筑物受7度地震影响时基本完好,受8度地震影响时轻微破坏。     

The impact of the 12 May 2008 Wenchuan earthquake on industrial facilities

This study describes the results of a field trip to the area affected by the 12 May, 2008, Wenchuan earthquake to analyse its impact on industrial facilities. The damage severity correlates well with the age of the plant, with older facilities having suffered more extensive and severe damage than those built more recently according to the latest design codes. The main cause of worker death and injury was the collapse of warehouses, office and manufacturing buildings. This concerned mostly concrete structures with insufficient confinement or poor reinforcement. The falling debris resulted in equipment damage and loss, as well as pipe severing and crushing. Pipes were also severed or bent when connected tanks were displaced or buildings collapsed. Numerous hazardous-materials releases occurred with spills being the dominant accident scenario. In some sites soil–liquefaction induced damage was evident, highlighting the need to consider potential site effects when selecting the location for a facility. The impact of the Wenchuan earthquake on chemical facilities confirms the findings from other earthquakes in terms of typical Natech damage and failure modes, as well as of hazardous-materials release potential and mechanisms.     

平原地区公路路基震害类型及机理分析

根据资料分析和现场调查,对平原区公路路基常见震害进行分类.结合库仑强度理论和有效应力原理分析平原区公路路基震害机理.研究表明: 地震作用引起土体中超静孔隙水压力上升、有效应力降低,从而弱化了土体的强度;水平地震力是诱发路堤、边坡破坏的因素;同水平地震力相似,竖向地震力同样会造成土体强度的削弱.最后,针对平原区公路路基震害的特点和机理,在平原区道路的选线、施工、质量控制等方面给出防治措施.     

Prevention of progressive collapse for building structures to member disappearance by accidental actions

Recently some building structures have collapsed because of losses of vertical load carrying capacities resulting from accidental events. In this paper, limit analysis called Compact Procedure is applied to some cases of collapsed structures and the key-elements in the structures are identified using Sensitivity Analysis. Two collapse prevention methods are discussed. For truss structures, the collapse can be prevented by reinforcement of members having sensitivity greater than 0.3–0.4. For frame structures, the relations between the sensitivity and the progressive collapse are defined using a safety factor and the progressive collapse can be prevented by fixing X braces into each span of the top floor.     

Consequence analysis by means of characteristic curves to determine the damage to buildings from bursting spherical vessels

Since the damage suffered by buildings as a consequence of explosions usually affect the people inside them, it is important to take it into account when performing consequence analysis. The aim of this paper is to provide a methodology to estimate consequences to buildings from pressure waves produced by spherical vessel burst. This is done by combining characteristic overpressure–impulse–distance curves [González Ferradás, E., Diaz Alonso, F., Sanchez Perez, J.F., Miñana Aznar, A., Ruiz Gimeno, J. and Martinez Alonso, J., 2006, Characteristic overpressure–impulse–distance curves for vessel burst, Process Safety Progress, 25(3): 250–254] with PROBIT equations. The main advantage of this methodology is that it allows an overview of all the magnitudes involved, as damage is shown in the same graph as the overpressure, impulse and distance. In this paper diagrams and equations are presented to determine minor damage to buildings (broken windows, displacement of doors and window frames, tile displacement, etc.), major structural damage (cracks in walls, collapse of some walls) and collapse (the damage is so extensive that the building is partially or totally demolished).     

框架剪力墙结构抗震动力性能与抗侧向倒塌能力研究

为了探讨框架剪力墙结构的抗震动力性能和抗倒塌能力,针对一典型的20层钢筋混凝土框架剪力墙结构展开研究。首先,利用静力弹塑性方法对结构进行推覆分析,得到多遇、设防、罕遇地震下的性能点处相关参数;然后,选定合适的地震动记录和损伤指标,利用增量动力分析方法研究结构的地震反应和抗倒塌能力。结果表明:在小震和大震作用下,结构的层间位移角均满足规范限值要求,Collapse塑性铰主要出现在结构底层,可以实现大震不倒;随着楼层的增加,结构的层间剪力逐渐减小,有个别地震动记录在15层左右剪力会突然增大;结构50%倒塌概率对应的地震加速度为2.41 g,说明该结构的抗倒塌能力较强。