建筑科学与技术

重要建筑结构抗恐怖爆炸设计爆炸荷载取值探讨

李忠献，任其武，师燕超，等

摘要：目的：建筑结构抗爆分析与设计最核心的问题是确定作用在建筑上的爆炸荷载。从19世纪50年代开始，各国学者陆续对常见高能炸药的爆炸效应进行了大量的理论与试验研究，给出了确定爆炸荷载参数的经验公式和图表。然而通过分析和对比发现，在相同爆炸场景下已有经验公式和图表得出的爆炸荷载参数预测值差异显著，这是由爆炸过程及爆炸测试中的很多不确定性引起的。因此，当进行抗爆设计时，爆炸荷载如何取值成为摆在工程技术人员面前的难题。为了在抗爆设计时能更准确地确定爆炸荷载的取值，查阅了各国抗爆规范和大量文献，搜集已有爆炸荷载参数预测的公式和图表，并依据公式和图表的计算结果，利用统计学方法拟合具有一定保证率的爆炸荷载参数预测公式，为重要建筑抗爆设计的荷载准确取值奠定基础。方法：搜集了确定爆炸荷载参数反射超压峰值和假想持续时间的公式和图表，并通过这些公式与图表分别计算出不同比例距离情况下的爆炸荷载反射超压峰值和假想持续时间，比较了各公式与图表计算结果的差异。将上述计算结果作为统计样本，求得不同比例距离情况下爆炸荷载反射超压峰值和假想持续时间的平均值和标准差。研究表明爆炸荷载的两个重要参数反射超压峰值和假想持续时间在统计上都服从正态分布，根据统计学原理，可由此样本的平均值和标准差建立不同比例距离下爆炸荷载反射超压峰值和假想持续时间的统计模型。由于上述公式和图表所得到的爆炸荷载反射超压峰值和假想持续时间的离散性较大，使得统计样本的变异系数较大，因此参照《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010中有关抗震基本设防烈度的规定，把爆炸荷载设计参数的保证率取为90%，据此可计算出各比例距离情况下具有90%保证率的爆炸荷载反射超压峰值和假想持续时间的设计取值。进一步通过最小二乘法拟合出爆炸荷载反射超压峰值和假想持续时间设计值与比例距离的关系曲线。拟合方程采用了多项式的形式，可用于确定建筑结构抗爆设计的爆炸荷载取值。结果：分别得到了具有90%保证率的爆炸荷载反射超压峰值和假想比例持续时间与比例距离的关系曲线拟合公式，拟合公式与原始数据吻合良好。进一步将拟合公式与人防规范及UFC规范进行对比，结果表明建立的爆炸荷载反射超压及假想比例持续时间的拟合公式可用于确定建筑结构抗爆设计的爆炸荷载取值。确定的爆炸荷载参数稍大于人防规范和UFC规范中的规定取值，偏于安全，是工程应用的合理取值。结论：针对地面爆炸情况，基于爆炸荷载反射超压和假想比例持续时间的数据，分别拟合得到了具有90%保证率的爆炸荷载反射超压峰值和假想比例持续时间与比例距离的拟合公式。建立的爆炸荷载反射超压及假想比例持续时间的拟合公式可用于确定建筑结构抗爆设计的爆炸荷载取值，且取值偏于安全，是工程应用的合理取值。

来源出版物：建筑结构学报, 2016, 37(3)： 51-58

入选年份：2016