长直空间内可燃气体爆炸灾害效应研究进展

为系统了解可燃气体爆炸灾害效应研究成果,基于长直空间内可燃气体爆炸的特点,总结灾害后果评估的一般流程,综合梳理长直空间内可燃气体爆炸荷载的理论计算模型、试验及数值模拟结果,探讨可燃气体爆炸作用下结构的动力响应以及可燃气体爆炸对人员伤亡和结构毁伤后果评估等国内外研究进展.结果表明:现有可燃气体爆炸荷载经验式大多有各自的适...     

爆破冲击荷载下隧道振动特性与安全性评价研究

隧道工程爆破施工引起衬砌结构以及地表建筑物破坏时有发生,研究隧道工程爆破振动效应以及安全性评价方法,对确保隧道工程施工安全十分重要。基于三维动力有限元分析方法,以某城市双连拱隧道工程爆破施工为例,探讨爆炸冲击荷载作用下隧道围岩介质动力响应特征。研究表明,爆破冲击对周围介质的影响具有时间滞后和累积损伤效应,只考虑爆破瞬时最大振动波速对围岩介质以及地表建筑物的影响不能真实反映爆破影响的实质。同时结合具体工程对地表建筑物爆破安全评价方法进行分析研究,建议将现代数值分析方法应用于复杂条件下隧道爆破安全性评价工作。     

非随机过程的地震激励下埋地压力管道的非概率可靠性分析

在地震工程中,利用传统的随机过程模型来建立动态不确定荷载的随机过程模型,需要大量的时间历程实验样本。基于地震记录因受成本或实际因素限制导致的样本贫乏,且传统的随机过程的求解计算量巨大,提出了以非概率的集合理论凸方法为理论基础的非随机过程,以解决实际工程对地震荷载随机过程函数分布形式的灵敏问题;针对实际地震荷载的非平稳性随机性特征,结合区间模型和强度包络函数,建立了区间非平稳地震荷载模型;根据地面运动的时域非平稳特征,结合非随机过程振动理论,推导了埋地管道的动力响应;为了求解出的埋地管道在内压作用下的管道强度,采用了von-Mises第四强度理论,建立了非随机过程地震荷载下的埋地压力管道动力响应式;根据理论分析出的简化公式,结合非概率可靠性理论,针对某成品油管道进行了非概率可靠性实例分析。研究结果表明:在小样本情况下,利用凸模型理论可处理荷载的时变不确定性,可进行结构的非概率可靠性分析;这对只有小样本的实际工程的抗震可靠性分析具有指导作用,对建立地震激励下的结构的响应设计体系研究具有积极意义。     

泄爆静开启压力对气体内爆炸载荷的影响研究

针对约束泄爆结构静开启压力这一关键特征参数,对建筑物内气体爆炸瞬态流场展开数值模拟研究,探索不同静开启压力条件下爆炸压力载荷的分布规律。研究结果证实了爆炸压力载荷双峰结构的客观存在,阐释了双峰压力结构在时间上的分布规律,揭示了双峰时间间隔随泄爆结构静开启压力的非线性特征。研究成果为建筑物内可燃气体爆炸事故的定量风险评估及气体爆炸荷载下建筑结构动力响应与防爆抗爆安全设计奠定必要的理论基础。     

隧道并行输气管道爆炸对邻管的冲击效应分析

针对隧道内输气管道泄漏发生爆炸对相邻管道的潜在威胁,基于泄漏率的求解,得到爆炸气体的扩散分布规律,确定蒸气云爆炸的TNT当量;利用LS-DYNA有限元软件建立隧道并行输气管道爆炸模型,分析在不同的泄漏尺寸、爆心距和风速下,邻管对爆炸冲击的动力学响应。基于峰值振速的经验公式的验证,表明所采用的管隧模型的可行性。结果表明:在内压和爆炸荷载的共同作用下,隧道内管道的等效应力和速度会出现多个峰值,有别于开敞空间的爆炸规律;泄漏尺寸越小、爆心距和风速越大,管道的动力响应越小;相比爆心距和风速,管道的动力响应峰值对泄漏尺寸的变化更敏感。研究成果可为管隧结构在极端情况下的事故预防和维护抢修提供理论指导。     

排土场与爆破荷载共同作用下的露天矿边坡稳定性分析

目前排土场对露天矿边坡稳定性的影响和动力荷载对露天矿边坡稳定性的影响,大多是被分别研究的。这样做难以真实反映露天矿边坡实际受力状态。基于此,对排土场和爆破荷载共同作用下露天矿边坡稳定性进行研究。首先,通过室内试验确定岩体参数,分析露天矿边坡在排土场和自重情况下的变形特征,并以此为初始状态,采用Ansys/ls-dyna的隐式-显式分析功能,研究其在爆破荷载作用下的岩体的响应特征。其次,验证新疆某露天矿排土场距离设置是否满足开采要求。结果表明:该露天矿边坡未出现明显破坏特征,整体处于稳定状态,该排土场距离设计合理;研究结果与工程类比分析结论一致。     

瓦斯积聚量及爆炸距离对风机和防爆门的影响研究*

为揭示瓦斯积聚量及瓦斯爆炸距离对风机和防爆门的影响机制,利用Fluent模拟软件,结合宁煤集团羊场湾矿的实际情况,在构建三维数学物理模型的基础上,开展不同瓦斯积聚量（56.52,113.04,169.56,226.08 m3）和不同爆炸距离（20,30,50,70 m）条件下的模拟研究。研究结果表明:风机和防爆门处超压峰值随瓦斯积聚量增加而增加,均呈线性关系,瓦斯积聚量为56.52 m3时风机处超压峰值为0.260 MPa,小于风机破坏荷载0.306 MPa;考虑安全系数前提下,当瓦斯积聚量超过56.52 m3时防爆门应开启保护风机;在确定瓦斯积聚量为56.52 m3基础上,分析不同爆炸距离对风机和防爆门影响,由模拟结果可知,风机和防爆门处超压峰值随爆炸距离增加而降低,均呈幂函数关系。研究成果可为瓦斯爆炸对风机和防爆门的影响研究提供指导。     

公共建筑结构内爆炸效应的数值模拟

大型公共建筑结构内的爆炸问题分为4个连续阶段,即炸药的爆轰、冲击波的传播、冲击波与结构壁面的反射、结构壁面在爆炸载荷作用下的动力响应。为研究大型公共建筑结构内爆炸的效应,以爆轰动力学、爆炸力学、结构动力学和爆炸力学计算方法等多个领域的理论知识为基础,选取典型长方体空间为研究对象,采用有限元计算方法,对长方体密闭空间内冲击波传播规律及壁面爆炸载荷分布特性进行了数值模拟。结果表明:在爆炸冲击波距离结构壁面较远时,计算模型中的冲击波衰减规律与无限大气中的相似,可以采用空爆理论计算模型;而在结构壁面处,由于受到反射冲击波的影响,当反射波与入射波叠加后在某些观察点会出现压力急剧升高,甚至压力超过首个峰值的现象;在结构壁面的角域,由于冲击波衰减缓慢,超压作用时间较长,破坏效果也最大。     

新型带弹簧支撑抗冲击研究及其在泥石流拦挡坝中的应用

为了使结构或构件能够更好地承受住泥石流、爆炸等冲击荷载,设计出一种新型带弹簧的支撑(件)。运用显式动力分析方法,对冲击载荷作用下的这种支撑进行数值模拟,计算得到新型支撑的动力响应,并与普通支撑进行对比分析。结果表明,新型支撑能更好地防止冲击荷载作用下的结构过早发生塑性变形。另外,在泥石流防治结构中,引入这种新型支撑,设计出新型泥石流拦挡坝。运用有限元软件ls-dyna对新型泥石流拦挡坝进行大块石冲击模拟,并与普通重力式拦挡坝进行对比分析,得出新型拦挡坝坝底应力远小于普通泥石流拦挡坝的应力。研究结果表明,新型带弹簧支撑及新型泥石流拦挡坝的抗冲击效果非常明显。     

基于时变可靠度分析的桥梁使用寿命预测

为分析一座桥梁结构寿命,在现有混凝土桥梁抗力和荷载的时变性研究的基础上,建立桥梁时变可靠度计算模型。将结构抗力等效转换为车辆荷载作用下结构所产生的竖向位移限值,预测远景交通量,反映荷载的时变性;运用非线性有限单元增量分析方法,以递增特定荷载的方式,采用响应面法计算时变可靠度指标及累计失效概率。结果表明:桥梁结构初始阶段具有足够大的可靠性,但其会随时间推移迅速衰减,利用韦伯分布函数和最小二乘法计算桥梁累计失效概率,进而推算桥梁使用寿命。根据桥梁寿命可靠度计算结果,制定出桥梁最佳维修养护策略。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土防爆墙动力响应研究

为了研究钢筋混凝土防爆墙的抗爆能力,采用有限元分析方法对不同纵向配筋率、不同高跨比、不同厚度的墙体在爆炸动态荷载作用下的动力响应进行研究,对各种不同设置的钢筋混凝土防爆墙的抗爆性能进行评估。结果表明:减小高跨比对提高钢筋混凝土防爆墙的抗爆能力最为重要,提高纵向配筋率,增加厚度都能增加防爆墙的抗爆能力。     

不均匀沉降作用下混凝土管涵沉降预测及可靠度分析

基础不均匀沉降是影响高填土混凝土管涵力学性态的主要因素之一。因此,为了保障管涵的安全运行,合理、准确地评估混凝土管涵的运行状态十分关键。针对高填土混凝土管涵,采用ABAQUS软件建立了土体-混凝土管涵一体化模型,并进行有限元分析,得到了多组混凝土管涵的响应值。基于卷积神经网络建立混凝土管涵响应预测模型,准确率可达到90%以上。在此基础上,采用Monte-Carlo法(MCS)进行随机变量抽样,分析了考虑基础不均匀沉降作用与不考虑基础不均匀沉降作用下混凝土管涵竖向位移的可靠度。结果表明,相比不考虑基础不均匀沉降作用下混凝土管涵竖向位移,考虑基础不均匀沉降作用下混凝土管涵竖向位移更大。基础的不均匀沉降严重危害混凝土管涵的使用安全性,对其长期运行的稳定性有重要的影响。研究结果为促进埋地管涵可靠性分析方法的发展、深入开展埋地管涵安全评价提供了新的理论依据和技术支撑。     

基于风险的液化烃罐区建筑物抗爆荷载评估方法

为合理确定液化烃罐区周边建筑物的抗爆设防荷载,有效进行抗爆设计和防护,建立1套系统的抗爆设防荷载定量评估方法。以某液化烃罐区建筑物为例,计算172个爆炸场景,获得4组累积爆炸频率曲线,基于风险控制标准确定抗爆设防荷载。结果表明:爆炸场景发生频率应包括初始泄漏频率、气象概率、泄漏方向概率和延迟爆炸概率;获得的爆炸超压-累积频率曲线是确定抗爆设防荷载的基础,在爆炸超压较低时,与爆炸源中心距离不同的4面墙体的超压累积频率曲线极为接近;随着爆炸超压的继续增大,累积发生频率的差异逐渐明显;液化烃罐区建筑物的抗爆设防荷载应同时满足2个准则,即万年1次的风险可接受准则和风险可接受范围内爆炸超压最大化准则;根据该准则确定的液化烃罐区附近建筑物东墙的爆炸冲击波峰值入射超压为44.6 kPa,正压作用时间为89.3 ms。     

滚石作用下埋地钢管道动力响应数值模拟分析

研究滚石-土-埋地钢管道组成的多元体系在冲击荷载作用下的动力响应.依据三维动态接触面算法构建滚石、土体和管道相互作用的力学模型及有限元分析模型,并采用LS-DYNA有限元软件从滚石初动能、冲击夹角、模拟临界状态等方面对滚石冲击荷载作用下埋地钢管道的动力响应进行数值模拟分析.研究得到了管道在滚石垂直或不同冲击角度撞击条件下的应力、位移变化规律,并在管道破坏临界状态下模拟出滚石初动能与滚石落地点距管道中心水平距离的关系.滚石撞击过程中,管道上各节点位移先增加后减小,出现反弹.本研究对埋地钢管道的风险评估、工程设计和防灾减灾具有重要参考价值.     

浅海输气管道坠物碰撞动力响应分析

为深入研究浅海输气管道坠物碰撞损伤过程,从简化解析法和数值分析法2个角度对浅海输气管道坠物碰撞损伤过程进行动力响应分析。在简化解析法中,采用非完全弹性碰撞理论-动量守恒定律计算方法,计算坠物冲击荷载;依据布辛尼克斯法分析冲击荷载在土体中的传递,采用衰减系数分析冲击荷载在混凝土层中的传递,进而计算管道在坠物冲击荷载作用下的内力。在数值分析法中,用Workbench LS-DYNA有限元软件模拟浅海输气管道坠物碰撞的动力响应过程。结果表明:模拟得到的冲击荷载分布规律与布辛尼克斯法得到的相似,但衰减的速度更快;由于覆土层和混凝土防护层吸收了碰撞的大部分能量,冲击荷载对管道的影响范围有限。     

复杂地基重力坝深层抗滑稳定非线性有限元分析

重力坝的深层抗滑稳定是保证大坝安全的一个重要条件。针对《混凝土重力坝设计规范》(DL5 10 8—1999)中关于复杂地基重力坝的稳定性需进行有限元分析的新规定,笔者结合某重力坝稳定问题实例,用非线性有限元方法进行了分析计算,并与刚体极限平衡法及结构可靠度分析方法的成果进行了对比。对有限元法的适用性,岩体侧面阻滑力的影响及抗滑稳定安全度的表达方法等问题进行了探讨     

大规模突发事件应急资源调度的多目标鲁棒优化研究

为及时有效地控制大规模突发事件的不良影响,考虑应急响应系统中多种应急物资需求呈不确定性的特征,建立最小化总成本和总时间的多目标-两阶段临时配送中心选址和应急资源调度模型。采用相对鲁棒优化方法对模型进行求解,利用区间估计描述不确定性因素,并引入扰动系数和控制参数调节模型的鲁棒性和最优性。数值实验结果表明,该模型能有效解决需求不确定下应急资源调度网络的构建问题,且能保证应急决策良好的鲁棒性。最后,通过分析测算单目标与多目标模型下目标值的结果以及不同控制参数与扰动系数下目标值结果,进一步验证了该模型符合应急响应实际情况。     

燃气爆炸荷载下隧道砌体损伤规律与事故影响范围研究

为降低隧道内燃气爆炸时砖砌体抛射物造成人员伤亡的概率,以中缅油气管道隧道砖砌体为研究对象,建立3种不同类型砖砌体的数值模型,将燃气爆炸荷载简化为三角形荷载,基于LS-DYNA软件,研究燃气爆炸荷载下隧道砖砌体结构的损伤规律与砖砌体抛射物的潜在影响范围.研究结果表明:砖砌体在天然气爆炸荷载作用下,可能会发生整体破坏,产生...     

起重机主梁结构可靠性混合模型的建立和分析

为了预防大型工程中起重机安全事故,通过建立混合模型研究了桥式起重机主梁结构的可靠性.首先分析影响主梁结构可靠性的不确定性参数.其次建立了基于凸模型-随机模糊模型的可靠性分析模型,其中考虑了一些因素的相关性.最后在凸模型-随机模糊混合模型的基础上,对某型号桥式起重机进行了可靠性分析,考虑材料强度与结构所受应力之间的相关性(情况一)、横向应力与纵向应力之间的相关性(情况二),验证了模型的有效性.研究表明,该模型意义明确,对模糊信息处理也比较合理,可作为可靠性计算方法的一种补充.     

爆炸冲击下钢制浮顶储罐破坏的数值模拟

为获得大型钢制浮顶式储罐结构在爆炸冲击作用下的破坏机制,采用理论分析、缩比模型爆炸模拟试验与数值模拟结合的方法,研究浮顶储罐结构的破坏特征和内力变化过程。结果表明:由于爆炸冲击波的瞬间冲击作用,罐壁沿环向形成巨大的压缩内力,迎爆面罐壁顶部屈服导致罐体失稳破坏;浮顶罐的结构破坏经历了弹塑性动力响应过程,最终形成迎爆面罐壁的内凹塌陷和屈曲变形;并且,罐壁的内力以拉压力和产生弯矩的内力为主,但拉压作用更为明显,罐壁沿其环向处于受压状态,沿轴向处于受拉状态。