地下空间天然气爆炸对地表建筑损伤的数值模拟与抗爆设计研究

本文采用Chapman-Jouguet（C-J）理论与任意拉格朗日-欧拉（ALE）方法，研究地下空间天然气爆炸对地表建筑的结构损伤机制。通过分析超压、速度等参数，揭示氮气抑爆（7.524→3.762）可降低楼板速度20.57%、总能量39.18%，而燃气空间占有率（90.65%→36.83%）可减少建筑位移43.52%。研究为地下空间上方建筑的抗爆评估与设计提供新思路。

　　

Highlight

在地下空间（体积2554.5?m³，双侧开放受限空间）中，本研究利用C-J理论分析了天然气爆炸对地表建筑的动态响应与结构损伤，主要发现如下：

Results

监测点数据显示（图7），首层楼板受爆炸冲击最显著。氮气比例从7.524降至3.762（自然环境值）时，首层楼板最大速度降低20.57%，总能量减少39.18%；燃气空间占有率从90.65%降至36.83%时，建筑结构最大速度降低50.13%，位移减少43.52%。9.5%天然气混合比仅对局部结构造成最严重破坏。

Discussion

C-J理论预测近场爆炸误差仅12.77%，远优于TNT当量法（误差66.20%），弥补了计算流体力学（CFD）无法分析结构损伤的缺陷。首层墙体开裂后，冲击波反射路径改变，加剧次生破坏。

Conclusions

1. 1.

   C-J理论在燃气爆炸分析中误差仅2.28%，可直接耦合结构损伤；

2. 2.

   氮气抑爆与降低燃气空间占有率是减轻建筑损伤的有效策略；

3. 3.

   研究为地下空间上方建筑的抗爆评估、设计与改造提供理论支持。