盐城响水化工园区“3·21”危化品爆炸事故爆炸威力分析及灾害后果评估∗

为分析盐城响水化工园区"3·21"危化品爆炸事故的爆炸威力,通过对爆炸现场进行勘察以及对事故资料进行系统的收集和梳理,基于爆坑尺寸、质点震动速度和建筑物毁伤半径等一系列关键参数,运用3种不同方法综合计算出此次爆炸的等效TNT当量为340 t。通过进一步归纳分析爆炸灾害现场周边建筑物分布和损伤破坏特点,结合爆炸冲击波传播规律以及相关规范手册,评估此次爆炸对建筑物和人员的毁伤后果。评估结果表明:此次爆炸冲击波作用下的人员死亡半径为227 m;人员安全半径为573 m;建筑物摧毁半径为265 m;建筑物安全半径为1 626 m。     

内爆炸下肋环型球面钢网壳的泄爆阈值研究

利用有限元软件LS-DYNA建立包含TNT炸药、网壳杆件、梁、柱、地面、围护结构(墙面和屋面)以及连接构件在内的单层肋环型球壳在内部中心爆炸下的数值模型。基于该模型,计算分析TNT炸药量和连接构件抗拉刚度的变化对墙面和屋面破坏模式的影响。将墙面和屋面的破坏模式进行归纳分类,通过提取围护结构表面有限测点的冲击波压力,得到不同破坏模式下结构的极限冲击波超压值ΔPlimf(泄爆阈值)。研究结果表明:连接构件抗拉刚度和TNT炸药量对墙面和屋面的破坏有较大影响,TNT炸药量一定时,连接构件抗拉刚度越大,围护结构破坏程度越低;基于墙面和屋面的破坏模式所建立的泄爆阈值与连接构件抗拉刚度的变化范围可为工程泄爆设计提供有效参考。     

基于大孔模型的天然气管道泄漏火灾模拟分析

为探究天然气管道泄漏规律并界定天然气喷射火热辐射、爆炸超压的影响程度,基于高斯烟羽大孔泄漏模型确定了天然气泄漏量和泄漏速率,采用SHELL喷射火模型与TNT当量爆炸模型模拟分析了不同工况下喷射火热辐射强度半径和晚期爆炸超压半径。通过对实例模拟结果分析可知：天然气泄漏孔径的大小与大气环境稳定程度,前者对天然气火灾的影响作用较为显著。参照火灾伤害阈值表能够界定火灾伤害等级与环境破坏程度。PHAST平台能全面、直观的模拟天然气泄漏火灾的强度与范围,其结果能够为现场安全评价、制定管道火灾应急预案提供相应的参考。     

地震‑燃气爆炸灾害链效应对剪力墙结构的损伤研究∗

地震可能会导致管道损坏和燃气泄露并引发爆炸,从而在短时间内形成灾害链效应作用于结构上。目前研究大多对地震或爆炸单独作用于结构对其动力响应进行分析,对于这种灾害链效应所导致的损伤规律尚不清楚。 提出剪力墙结构考虑地震?燃气爆炸灾害链效应的动力响应分析方法,利用 TNT 当量法将燃气荷载等效为立方体炸药,在地震作用结束后一段时间内施加爆炸荷载以模拟灾害链效应,通过 ANSYS/LS?DYNA 软件分析结构的动力响应。以一个 12 层剪力墙建筑结构为例,选取 3 条地震波并考虑不同的爆炸位置的影响进行非线性时程分析, 研究剪力墙结构的动力响应和损伤规律。结果表明：同地震单独作用相比,地震?燃气爆炸灾害链效应会进一步导致结构的局部出现明显损伤;燃气爆炸荷载作用于结构中间楼层时,结构的总体损伤面积增大,剪力墙严重破坏甚至丧失承载能力;燃气爆炸荷载作用于楼层中心位置时,结构的损伤程度明显大于其作用于同楼层角部位置时的工况。     

爆炸荷载下钢箱梁桥动力响应机理与关键参数研究∗

为了探讨钢箱梁桥在爆炸荷载下的动力响应机理及关键参数对其影响规律,基于流固耦合方法,建立了钢箱梁桥、空气和炸药有限元模型,分析了爆炸荷载下钢箱梁桥动力响应机理。随后针对钢箱梁桥的关键参数,分析了各参数对钢箱梁桥的动力响应影响灵敏度,提出了钢箱梁桥在抗爆设计时参数选取规律。研究结果表明：在爆炸荷载作用下,钢箱梁桥的破坏主要分为三阶段。钢材性能由 Q345 提高为 907A 钢,钢箱梁桥的凹坑深度和塑性变形区面积减小了 33.91% 和 27.93%;截面形式和爆炸位置两个关键参数的改变涉及纵横隔板对主要迎爆区薄弱位置的加固,能够明显提高钢箱梁桥的抗爆能力。比例距离 0.1 m/kg^1/3 ,爆炸位置相同,约束形式由简支改为固支,对钢箱梁桥抗爆性能提升几乎无影响。     

考虑典型密集建筑群影响的爆炸超压空间分布规律分析

爆炸已逐渐成为影响人们生活的典型灾害,一旦在建筑密集的城市环境中发生爆炸事故,相应灾后评估工作是十分重要的,而爆炸灾害评估与爆炸超压空间分布密切相关。提出了一种与空间分布相关的爆炸灾害评估方法,明确考虑建筑群影响的爆炸波传播机制及其影响因素分析,研究爆炸波能量衰减规律以及具有时变特点的超压空间分布规律,确定与破坏程度密切相关的3种典型超压影响范围。根据超压影响范围对单体建筑物以及密集建筑群中同一建筑物进行分区,确定3种区域的等压线位置,界定爆炸的影响范围。利用LS-DYNA软件进行模拟分析,分别建立炸药在刚性地面上单体建筑物及密集建筑群爆炸响应有限元分析模型,绘制建筑物上的等压曲线,得出影响建筑物上超压分布的主要因素主要为比例距离和建筑群密集程度。     

人工燃气爆炸与中毒事故危害定量比较分析

分析了人工燃气在管道输送时泄漏的爆炸与中毒的危险特性,利用概率函数形式估算了爆炸和中毒事故不同影响程度的伤害区域即致死区、重伤区、轻伤区的临界值.其中爆炸伤害区域以肺出血、耳鼓膜破裂为临界超压值依据;中毒伤害区域则以一氧化碳毒性为依据.最后根据各级临界超压值选用蒸气云爆炸模型,根据各级临界浓度值选用高斯模型及其发展出的特殊气象条件下的大气扩散模式进行事故后果分析,并对人工燃气的这两种事故的结果加以定性、定量比较.     

基于GIS的城镇建筑物易损性分析与应用研究

利用城镇地籍数据信息,基于GIS软件进行建筑物易损性和居民安全风险分析与应用研究。通过对某县城中最具代表性的一个街坊建筑物的易损性分析和居民安全风险分析实例应用研究,重点讨论并实现了利用现有数字化地籍图、城镇地籍数据库及土地调查记录等信息;并结合建筑物震害损失评估模型和人员伤亡预测方法,完成不同结构类型的建筑物在不同地震烈度条件下的破坏造成的经济损失评估和人员伤亡程度的预测,对城市防灾减灾进行辅助决策支持与评估。     

混凝土与钢筋混凝土结构抗火抗冲击研究评述

火灾高温和爆炸冲击荷载会对工程结构造成严重的破坏,二者通常相伴发生,对工程结构产生的破坏更为剧烈。从混凝土材料和钢筋混凝土构件两个层面,分别综述了火灾高温与爆炸冲击荷载单独及联合作用对混凝土与钢筋混凝土结构影响的物理试验、理论分析与数值模拟方面的研究进展,发现现有研究工作的特点为:火灾高温/爆炸冲击单独作用研究多,耦合或联合作用研究少;试验研究工作多,理论分析与数值模拟工作少;宏观均质数值模型多,微/细观非均质数值模型少。建议今后开展火灾高温与冲击荷载联合作用下混凝土材料及钢筋混凝土构件物理试验研究,建立钢筋混凝土构件全过程响应研究的多尺度分析理论与数值模型,揭示钢筋混凝土构件的损伤破坏机理,为灾后损伤评估及安全加固提供基本理论。     

灌浆套筒连接装配式框架-剪力墙爆炸响应与破坏

为了探究采用灌浆套筒连接的装配式框架-剪力墙结构的爆炸响应与破坏模式,运用LS-DYNA软件建立一榀两层的现浇框架-剪力墙和装配式框架-剪力墙的有限元模型,分别模拟分析了不同位置处发生爆炸时两种框架-剪力墙结构的动态响应及破坏模式,并对灌浆套筒连接的装配式框架-剪力墙进行了抗爆性能评估。研究结果表明:灌浆套筒连接的装配式框架-剪力墙结构整体性差,主要原因是预制构件和坐浆层、现浇带之间存在新旧混凝土的薄弱粘结面,粘结面的界面接触在爆炸荷载下首先发生断开,然后爆炸冲击力在结构局部区域发生聚集,使得结构的变形较为集中,容易造成结构局部发生严重的脆性破坏;现浇框架-剪力墙结构具有较好的整体性,爆炸冲击力在结构内能够有效地传递,而且构件之间具有良好的协同作用,结构变形较为均匀,现浇框架-剪力墙的破坏为延性破坏;炸药在结构中不同位置发生爆炸时,爆炸冲击波直接作用的构件损坏严重,其它构件损坏较轻。     

驳船池火灾的危险性分析

从现代社会中广泛用于原油运输的船只入手,介绍了在原油转移的过程中发生意外泄漏而产生池火灾的几个重要参数模型。结合热辐射伤害的破坏准则,对死亡、重伤、轻伤的范围进行了量化研究,进一步分析了池火灾所造成的直接财产损失和间接的财产损失,并给出了相应的计算模型。以湘江边上一艘驳船发生柴油泄漏后产生的池火灾为例,计算分析结果表明:池火灾对周围一定半径内造成巨大的财产和人员损失。     

储罐爆炸抛射碎片对目标储罐的破坏概率研究

化工储罐爆炸产生的抛射碎片击中并破坏相邻罐体后,将引发多米诺效应。N guyen破坏概率模型认为,当罐壳受撞击后,残余壁厚小于某个临界值时就会被破坏,并假设该临界残余壁厚为定值,存在不合理之处。本文基于储罐壳体损失面积安全评价方法AP I 579,把撞击形成的复杂凹坑简化为圆锥形,分别针对圆柱储罐、球罐推导出圆锥形凹坑剩余强度系数的求解方法,并根据塑性失效理论确定了罐壳的临界剩余强度系数,由此建立了新的破坏准则。在此基础上,采用蒙特卡罗法进行模拟,建立了新的爆炸碎片对目标储罐的破坏概率模型,与N guyen模型相比,得出的破坏概率偏大,结果更为安全保守。通过对剩余强度系数与无量纲撞击深度和凹坑锥角的变化关系进行分析,证明N guyen模型中临界残余壁厚为定值的假设并不合理,而新的基于剩余强度系数计算的破坏概率更为准确合理。     

爆炸冲击作用下H型钢柱损伤等级快速评估

随着燃油气的广泛使用,爆炸事件屡有发生,对建筑结构安全产生了巨大威胁。我国现行的爆炸灾损结构安全性鉴定方法以剩余承载力为指标确定其损伤等级,实际可操作性不强。针对这一问题,以《热轧H型钢和剖分T型钢》 中常用规格H型钢为研究对象,应用有限元程序LS-DYNA,建立钢结构爆炸损伤分析的有限元模型,分析了钢柱水平位移及剩余承载力。通过引入剩余承载力系数K与相对挠度ωR的概念,基于数值模拟结果研究了H型钢柱在爆炸荷载作用下的剩余承载力系数K与相对挠度ωR的关系,据此提出了钢柱受损的判定依据并划分了损伤性等级。相较现有钢柱损伤等级划分方法更具可操作性。     

地铁车站人员疏散离散时间模型研究

疏散时间对于保证地铁车站这类复杂建筑结构内人群的安全至关重要,本文借鉴群集流动理论建立了用于计算地铁车站人群移动时间的疏散离散时间模型(EDTM),模型中的人群流动系数取值不同于传统计算公式中的常量,依据的是经典的车站人群密度与速度函数关系式。将此模型用于某地铁车站站台层,求解楼梯出口疏散人数与时间的关系,并与Building EXODUS疏散软件的模拟结果以及传统地铁车站疏散时间计算公式的计算结果进行了对比,分析表明,EDTM计算结果与EXODUS疏散模拟结果非常接近,且比传统公式计算更为精确和符合实际情况。该计算模型可以为地铁车站人群疏散时间计算、建筑出口性能化设计,以及地铁车站事故应急预案的制定提供更有效的工具。     

基于GIS的城市公共安全规划信息系统研究

随着城市建设步伐的加快和城市人口的急剧膨胀,各种灾害事故发生的频度和程度迅速增加,使得城市的可持续发展受到严重威胁,城市公共安全面临空前的挑战,建立城市公共安全规划信息系统势在必行。介绍了以地理信息系统为开发平台,实现安全规划对象海量数据的可视化、规范化、条理化及可编辑化,并根据城市各类防救灾设施的规划标准与建构模式,建立城市救灾单元区域和危险源区域,得出救灾单位的有效服务范围和危险源的风险范围,利用G IS的分析统计功能,快速统计出区域内人口及资源,依此计算救灾单位应具备的资源量,并合理组织危险源区域内人口的转移搬迁工作。     

铁路沿线雪害形成机制及其工程防治措施

实地调查、观测和对铁路沿线气象要素的分析与推算结果表明,在所研究的丘陵地区,最大风速平均值为14.0m/s,30年一遇的最大风速与最大积雪深度分别为20.3m/s和160cm,冬季平均降水量达153.2mm,为风吹雪灾害的发生提供了物质与动力条件.在风吹雪多发区,路堤防风吹雪的适宜高度为200～1500cm,路堤若低于200cm,路面易形成风吹雪沉积;若路堤的边坡较陡,则路面不易形成风吹雪沉积;路堑边坡的角度越小,路堑越深,路堑走向与主导风向的夹角越小,风吹雪沉积越不易发生;风吹雪的防治应以防风吹雪走廊和下导风板为主,并辅以侧导板、挡雪墙等防雪工程.雪崩灾害主要发生在崇山峻岭区,阳坡雪崩危害相对较小;阴坡雪崩危害大.铁路选线时明线工程最好选在阳坡,永久性建筑物或设施要尽量避开沟槽雪崩的运动区和堆积区.在所有的隧道出入口,隧道要再向外延伸3m,上方修建导雪堤;在工程建设过程中,要求尽少破坏铁路两侧的植被.     

高强钢绞线网-聚合物砂浆加固钢筋混凝土板的抗爆性能数值分析

为研究高强钢绞线网-聚合物砂浆加固混凝土板的抗爆能力,用混凝土HJC动力本构模型,建立了混凝土板、炸药及考虑空气介质影响的流固耦合有限元计算模型。用动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,对在爆炸荷载作用下加固前、后混凝土板的破坏形态和抗爆性能进行了数值分析。研究结果表明:混凝土板用高强钢绞线网-聚合物砂浆加固后,抗爆炸冲击能力明显提高。当小药量爆炸时,板顶、板底同时加固的效果明显优于板底单一加固;当药量较大时,板顶、板底同时加固的效果与板底单一加固相差不大。     

基于计算机仿真的火灾时人员安全疏散可靠度分析

火灾中的人员疏散是个复杂的过程,受到诸多因素的共同影响,传统的人员疏散可靠度分析常常忽略这些因素之间的相互作用。为更准确地计算出火灾中人员疏散的可靠度,本文以某地铁车站为例,借助人员疏散仿真软件buildingEXODUS与火灾模拟程序FDS,分别得到人员所需安全疏散时间(RSET)和可利用安全疏散时间(ASET)。在此基础上,构造人员安全疏散极限状态方程,利用一次二阶矩理论求得安全疏散可靠概率。由于能够较好地反映疏散过程中各影响因素之间的相互作用,因此,采用本文提出的可靠度分析方法能够得到更合理的结果。     

基于粒子群优化算法的边坡临界滑动面搜索方法

采用数值计算结果进行极限平衡分析是边坡稳定性分析的重要方法,最危险滑移面位置的确定是边坡稳定性分析的关键。采用粒子群优化理论控制位于滑移面后缘范围的滑入点和前缘剪出区域的滑出点,以均分逼近法控制滑面半径,实现了边坡内潜在滑移面位置的搜索及安全系数的计算,进而确定了边坡的最小安全系数及最危险潜在滑移面位置,搜索出的滑面不依赖于网格节点。以昆明某公路滑坡为例,将搜索出的最危险滑面与现场勘察成果进行对比,结果表明,采用本文方法计算所得的结果与工程实际较为吻合,证明了该方法的有效性。     

基于PSO-AHP的大坝致灾因子权重计算

提出了一种基于改进粒子群优化-层次分析法(SELPSO-AHP)的致灾因子权重计算模型,该模型依据大坝现场检测、原型监测和安全定期检查等成果,由层次分析法构建大坝风险分析的层次结构体系。为保证判断矩阵的一致性,引入改进粒子群算法和罚函数法用于层次分析法的权值计算,取得了比遗传算法更精确、更稳定的结果。将所建立的模型用于某混凝土重力坝的运行风险分析,得到了影响该坝运行风险的主要因素,为保障大坝安全提供了依据。