建筑科學(xué)與技術(shù)

重要建筑結(jié)構(gòu)抗恐怖爆炸設(shè)計(jì)爆炸荷載取值探討

李忠獻(xiàn)，任其武，師燕超，等

摘要：目的：建筑結(jié)構(gòu)抗爆分析與設(shè)計(jì)最核心的問題是確定作用在建筑上的爆炸荷載。從19世紀(jì)50年代開始，各國學(xué)者陸續(xù)對常見高能炸藥的爆炸效應(yīng)進(jìn)行了大量的理論與試驗(yàn)研究，給出了確定爆炸荷載參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式和圖表。然而通過分析和對比發(fā)現(xiàn)，在相同爆炸場景下已有經(jīng)驗(yàn)公式和圖表得出的爆炸荷載參數(shù)預(yù)測值差異顯著，這是由爆炸過程及爆炸測試中的很多不確定性引起的。因此，當(dāng)進(jìn)行抗爆設(shè)計(jì)時，爆炸荷載如何取值成為擺在工程技術(shù)人員面前的難題。為了在抗爆設(shè)計(jì)時能更準(zhǔn)確地確定爆炸荷載的取值，查閱了各國抗爆規(guī)范和大量文獻(xiàn)，搜集已有爆炸荷載參數(shù)預(yù)測的公式和圖表，并依據(jù)公式和圖表的計(jì)算結(jié)果，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法擬合具有一定保證率的爆炸荷載參數(shù)預(yù)測公式，為重要建筑抗爆設(shè)計(jì)的荷載準(zhǔn)確取值奠定基礎(chǔ)。方法：搜集了確定爆炸荷載參數(shù)反射超壓峰值和假想持續(xù)時間的公式和圖表，并通過這些公式與圖表分別計(jì)算出不同比例距離情況下的爆炸荷載反射超壓峰值和假想持續(xù)時間，比較了各公式與圖表計(jì)算結(jié)果的差異。將上述計(jì)算結(jié)果作為統(tǒng)計(jì)樣本，求得不同比例距離情況下爆炸荷載反射超壓峰值和假想持續(xù)時間的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。研究表明爆炸荷載的兩個重要參數(shù)反射超壓峰值和假想持續(xù)時間在統(tǒng)計(jì)上都服從正態(tài)分布，根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，可由此樣本的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差建立不同比例距離下爆炸荷載反射超壓峰值和假想持續(xù)時間的統(tǒng)計(jì)模型。由于上述公式和圖表所得到的爆炸荷載反射超壓峰值和假想持續(xù)時間的離散性較大，使得統(tǒng)計(jì)樣本的變異系數(shù)較大，因此參照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011—2010中有關(guān)抗震基本設(shè)防烈度的規(guī)定，把爆炸荷載設(shè)計(jì)參數(shù)的保證率取為90%，據(jù)此可計(jì)算出各比例距離情況下具有90%保證率的爆炸荷載反射超壓峰值和假想持續(xù)時間的設(shè)計(jì)取值。進(jìn)一步通過最小二乘法擬合出爆炸荷載反射超壓峰值和假想持續(xù)時間設(shè)計(jì)值與比例距離的關(guān)系曲線。擬合方程采用了多項(xiàng)式的形式，可用于確定建筑結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計(jì)的爆炸荷載取值。結(jié)果：分別得到了具有90%保證率的爆炸荷載反射超壓峰值和假想比例持續(xù)時間與比例距離的關(guān)系曲線擬合公式，擬合公式與原始數(shù)據(jù)吻合良好。進(jìn)一步將擬合公式與人防規(guī)范及UFC規(guī)范進(jìn)行對比，結(jié)果表明建立的爆炸荷載反射超壓及假想比例持續(xù)時間的擬合公式可用于確定建筑結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計(jì)的爆炸荷載取值。確定的爆炸荷載參數(shù)稍大于人防規(guī)范和UFC規(guī)范中的規(guī)定取值，偏于安全，是工程應(yīng)用的合理取值。結(jié)論：針對地面爆炸情況，基于爆炸荷載反射超壓和假想比例持續(xù)時間的數(shù)據(jù)，分別擬合得到了具有90%保證率的爆炸荷載反射超壓峰值和假想比例持續(xù)時間與比例距離的擬合公式。建立的爆炸荷載反射超壓及假想比例持續(xù)時間的擬合公式可用于確定建筑結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計(jì)的爆炸荷載取值，且取值偏于安全，是工程應(yīng)用的合理取值。

來源出版物：建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2016, 37(3)： 51-58

入選年份：2016