石油化工控制室抗爆设计规范在工程设计中的使用(20110927宣贯用稿)

1、石油化工控制室抗爆设计规范 在工程设计中的使用 万朝梅 2011年9月27日 目 录 抗爆结构设计原则 抗爆结构设计步骤 数值积分方法 抗爆结构设计 抗爆结构设计原则 在爆炸动荷载作用下, 允许结构构件进入弹塑性状态。 抗爆动力分析的目的是要确定建筑物的变形，其变形的计 算包含延性比、支座转角的计算。 由于装置爆炸所产生的冲击波超压其性质和破坏力具有不 确定性的特征，因此在力学计算的基础上，抗爆设计过程 中更应该重视概念设计，从建筑布局、结构选型等多方面 综合考虑。 抗爆结构设计步骤 数值积分的方法数值积分的方法 数值积分法积分法适用于任何荷载-时间曲线，采用与简化 方法相同的等效单自由度系数

2、和耦合假定。它可以得出支 撑构件随时间变化的反力。 以下将参考Design of Structures to Resist Nuclear Weapons Effects (ASCE MANUAL 42)分析一个单质点在 任意外加荷载作用下的响应，提供求解其运动及数值解过 程的一般性公式。 数值积分的方法数值积分的方法 弹性无阻尼响应弹性无阻尼响应 )(tFKXXM 单一质量M,在随时间变化的荷载F(t)作用，通过一个 刚度为K的弹簧固接在支座上，运动方程为 其中，X为质量M的位移； 为质量M的加速度。 （式1） X 数值积分的方法数值积分的方法 假定在某一给定时刻tm，单质点的加速度、速度及

3、位移 已知，假定在这段时间间隔内加速度呈线性变化，需要求 tm时刻以后某一h单位时刻tn时的加速度、速度、位移及 荷载函数。 数值积分的方法的方法 数值积分的方法的方法 需注意，实践表明，时间间隔h尽量取0.050.1倍的振动周 期,或更短的时间间隔，而不应取大于0.25倍的振动周期， 以便获取荷载函数中任何较大的变化情况。 数值积分的方法的方法 弹塑性反应弹塑性反应 数值积分的方法的方法 抗爆结构设计 （一）收集设计基本资料： 了解建筑物在总平面的布置及方位，建筑资料、设计基 本条件、爆炸危害性报告提供的爆炸荷载取值。 抗爆结构设计抗爆结构设计 （二）设计简图： 对于封闭建筑物，爆炸载荷主要

4、作用于外墙和屋顶， 并通过各个结构构件传至基础。爆炸能量通过结构的 弹性变形，更为重要的是结构的塑性变形而被吸收。 没有被结构吸收的爆炸能量部分传至基础。 抗爆结构设计中只限于外围结构构件直接承受爆炸动 荷载作用，对内墙、与外围结构脱开的柱及中间楼板 等一般不考虑由于结构振动引起的动力作用，仅在构 造上予以适当加强（规范条文5.7.4）。 在设计过程中，通常的做法是根据荷载的传递途径， 逐个构件进行分析。 抗爆结构的设计简图抗爆结构的设计简图 抗爆结构设计 （三） 爆炸荷载分析 1.给出建筑物的体型特征参数； 2.根据评估报告提供的超压Pso及作用时间td，按照规范给出 的公式计算爆炸冲击波参

5、数，即波速、峰值动压、波长。 (规范公式5.3.2-15.3.2-3) 抗爆结构设计 3. 计算作用在建筑物上的爆炸荷载： 前墙：峰值反射压力Pr ，前墙正压等效作用时间te (规范公式5.4.2-15.4.2-5) 抗爆结构设计 侧墙及屋面： 有效冲击波超压Pa ，有效冲击波超压升压时间tr (规范 公式5.4.3-15.4.3-2) 抗爆结构设计 抗爆结构设计 后墙：有效冲击波超压Pb、冲击波到达后墙时间ta、有效 冲击波超压升压时间trb (规范公式5.4.3-15.4.3-2) 抗爆结构设计 （四）抗爆构件的试算 抗爆结构设计 抗爆结构设计 图A.0.3 三角形荷载下的极限抗力延性比关

6、系 Dy屈服位移；Dm最大位移；Tm最大位移对应的作用时间； Ru结构构件在给定截面及配筋时提供的极限抗力（） 抗爆结构设计 算法二： 通过数值积分的方法，计算结构在不同时间的抗力及响应， 从而得出峰值响应及变位，对构件弹塑性转角进行核算。 抗爆结构设计 3. 侧墙在平面外荷载作用下的弹塑性转角核算: 采用数值积分的方法分析。 4. 后墙核算: 同前墙核算步骤。 抗爆结构设计 5. 屋面板在平面内荷载作用下的计算 屋面板四面连续固定于外部剪力墙,将前墙荷载传 递给侧面剪力墙。 1）受力简图为两端固支（跨度取建筑物长度方向尺 寸）。 2）近似将屋面板看作带翼缘的型梁，墙体视为翼 缘板。 3）考虑

7、工况： 荷载沿建筑物长向作用（荷载沿建筑物宽度方向 作用不起控制作用），综合考虑前墙和后墙数值计 算分析结果的组合，即 屋面荷载=前墙反力-滞后ta时间的后墙反力。 抗爆结构设计 4) 假定屋面板厚、屋面配筋（用于抗剪）、翼缘配筋（用 于抗弯）。 5) 构件抗力计算： 计算抗弯承载力、抗剪承载力： 比较抗弯承载力及抗剪承载力，得到控制承载力R。 6) 单自由度等效体系计算 计算构件的刚度、屈服位移、振动周期，通过数值积分 的方法，计算结构在不同时间的抗力及响应，从而得出峰 值响应及变位。 抗爆结构设计 6. 侧墙在平面内荷载作用下的计算： 侧墙在平面内荷载作用下为悬臂构件，将前墙及屋面荷载传递

8、 给基础。 1) 假定截面及配筋： 2) 构件抗力计算： 计算抗弯承载力、抗剪承载力： 比较抗弯承载力及抗剪承载力，得到控制承载力R。 3) 单自由度等效体系计算 计算构件的刚度、屈服位移、振动周期，通过数值积分的方法，计 算结构在不同时间的抗力及响应，从而得出峰值响应及变位。 抗爆结构设计 7. 侧墙在平面内、平面外荷载交互作用下的变形计算 ： 验算平面内外荷载相互作用情况下 是否满足。（规范中未提及？） 公式中: d为计算变形（延性比或支座转角），a为允许变形 （延性比或支座转角），i代表平面内变位，o代表平面 外变位。 抗爆结构设计 8. 屋面板在平面外荷载作用下的计算： 同弹性设计。 9. 屋面板在平面内、平面外荷载交互作用下的变形计算 验算平面内外荷载相互作用情况下 是否满足。 （规范中未提及？且平面外荷载作用下的计算未按照数值积 分方法？） 抗爆结构设计 10.框架梁、