控制室的抗爆设计

控制室的抗爆设计第1页/共41页基本概念第2页/共41页爆炸分类蒸汽云爆炸(VaporCloudExplosions)压力容器爆炸(PressureVesselExplosions)浓缩相物质爆炸(CondensedPhaseExplosions)粉尘爆炸(DustExplosions)第3页/共41页部分概念爆炸下限：可燃蒸气、气体或粉尘与空气组成的混合物遇火源即能发生爆炸的最低浓度（可燃蒸气、气体的浓度，按体积比计算）爆炸上限：可燃蒸气、气体或粉尘与空气组成的混合物遇火源能发生爆炸的最高浓度（可燃蒸气、气体的浓度，按体积比计算）爆炸极限：可燃蒸气、气体或粉尘与空气组成的混合物遇火源能燃烧并发生爆炸的浓度范围（可燃蒸气、气体的浓度，按体积比计算）第4页/共41页两种爆炸波冲击波

关键词：突然的、瞬时的、负压力波压力波

关键词：逐渐、负压力波一般情况下，爆炸在临近区域形成冲击波形式，在远离区域形成压力波形式。第5页/共41页爆炸对策事故控制

流程控制：储存、生产、运输、操作

要素控制：浓度、温度、火源、震动防爆

总平规划、建筑防爆措施、泄爆结构抗爆允许局部破坏，避免连续倒塌第6页/共41页抗爆材料脆性材料：砖或者无筋混凝土块不能用于抵抗爆炸荷载。因为砌块之间抗拉强度低，材料的坠落可能危及室内人员.半柔性材料：通常的结构构件如，配筋混凝土砌体、翼缘无连结的钢结构托梁以及压型钢板上浇筑混凝土的组合楼板，其延性非常有限。这些结构构件只能应用于超压在2psi以下的情况。柔性材料：因为钢筋混凝土结构和钢结构可以设计成适应大的塑性变形，因此一般被推荐在抗爆建筑物使用。压型钢板同样可以抵抗冲击荷载，但在防止爆炸残骸穿入方面能力较小。第7页/共41页控制室的抗爆设计第8页/共41页抗爆设计准则SH/T

3160-2009

6.1.1当遭受相当于设计取定的爆炸荷载作用时，可能局部损坏，经一般修理应可以继续使用。

SH/T

3160-2009条文说明

a、按照作用效应的偶然组合进行设计或采取防护措施，使主要承重结构不致因出现设计规定的偶然事件而丧失承载能力。

b、允许主要承重结构因出现设计规定的偶然事件而局部破坏，但其剩余部分具有在一段时间内不发生连续倒塌的可靠度。第9页/共41页抗爆设计一般规定宜采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。对于控制室，一般采用单层现浇钢筋混凝土框结构。材料混凝土等级：不应低于C30。

钢筋：宜采用HRB400和HRB335。抗爆结构构件的钢筋强度等级以及配筋面积应按计算确定，不得任意提高钢筋强度等级和加大配筋面积。第10页/共41页钢筋混凝土构件的工作过程构件初始加载时，抗力随挠度理想的线性增加，直到达到钢筋屈服为止随着构件继续挠曲，全部钢筋屈服，抗力不再随挠度的增加而增大，而是保持常数在屈服阶段内，在挠度相当于2o支座转角时，受压混凝土被压碎对于无抗剪钢筋的钢筋混凝土构件，混凝土压碎即导致构件破坏对于有抗剪钢筋（单肢箍筋或拉筋）的钢筋混凝土构件，抗剪钢筋适当拉住抗弯钢筋，混凝土压碎导致承载能力稍许降低，因为压力被传递到受压钢筋上第11页/共41页随着构件进一步挠曲，钢筋进入硬化阶段，抗力随着变形的增加而增加单肢箍筋在钢筋进入应变硬化阶段后的短时间内能约束产生受压钢筋，支座转角为4o时，构件丧失其结构完整性而破坏而拉筋通过其桁架作用在整个应变硬化阶段都能约束钢筋，直到支座转角为12o左右钢筋被拉坏为止混凝土或混凝土与抗剪钢筋联合，必须提供足够的抗剪能力，这样才能发挥构件的抗弯能力，如果抗弯能力超过构件的抗剪能力，则在弯曲响应期间的任一时刻都可能发生突然的剪切破坏第12页/共41页抗爆的构造措施剪力墙两端和门框墙应设暗柱加强。屋面板及外墙应双面配筋，单面配筋率不应小于0.25%，且不大于1.5%。屋面板的最小厚度不小于125mm，墙体的最小厚度不小于200mm。框架顶层端节点处，宜采用框架梁钢筋伸入框架柱中的锚固方式。钢筋接头不宜采用焊接接头。独立基础应设系梁。第13页/共41页抗爆设计步骤确定建筑前墙体所受到的爆炸荷载。根据结构的重要性，确定结构的抗爆性能目标。确定设计所采用材料的特性。确定计算模型。估算截面大小和配筋。动力计算及校核。第14页/共41页爆炸荷载基本概念

(1)超压：冲击波通过时产生的超过大气压的空气压力。

(2)反射压：冲击波在传播方向上遇到障碍物时反射的超压增量。(3)正压作用时间：超压（或反射压）作用在建筑物上的时间。作用时间越长，建筑物反应越大。

第15页/共41页爆炸冲击波峰值入射超压(Pso

)和正压作用时间(td)通常由他人确定。这个过程包括化学工程原理、工艺危害分析和工业风险评价。业主的标准有时也确定一个冲击波荷载。业主的抗爆标准不同，但是很多业主的爆炸荷载是根据装置包含的工艺方案以及平面布置研究确定的。业主完成的现场布置分析，外部咨询商，或者设计单位工艺安全组可以确定合理的冲击波超压。业主的保险提供者也需要被咨询。第16页/共41页如果没有进行评估，也可采用SH/T3160-20096.3.1确定，并在设计文件中说明：冲击波峰值入射超压21kpa，正压作用时间100ms冲击波峰值入射超压69kpa，正压作用时间20ms第17页/共41页爆炸荷载的传递路径第18页/共41页抗侧力构件外墙屋面板抗垂直力构件基础

第19页/共41页爆炸的冲击波参数波速峰值动压冲击波的波长第20页/共41页作用在建筑物上的爆炸荷载作用在封闭矩形建筑物前墙、侧墙、屋面以及后墙上的爆炸荷载简化图形：第21页/共41页作用在前墙上的三角型等效冲击波荷载：第22页/共41页作用在侧墙上以及平屋顶建筑物屋面上的有效冲击波超压及其升压时间。第23页/共41页作用在后墙上的有效冲击波超压及其作用时间第24页/共41页荷载组合不考虑风、雪荷载、地震作用参与组合。承载力极限状态：

正常使用极限状态：第25页/共41页材料特性抗爆所用材料强度设计值要用材料的动力设计强度代替。材料的动力设计强度应考虑荷载的瞬时和动力效应：第26页/共41页材料的动力荷载提高系数及强度提高系数第27页/共41页计算模型等效静力分析用动力系数乘以动荷载峰值得到等效静荷载。等效静荷载法规定结构在等效静荷载作用下的各项内力(如弯矩、剪力、轴力)就是动荷载下相应内力的最大值,这样就可以把动荷载视为静荷载。动力分析

单自由度体系的动力计算模型第28页/共41页单自由度体系动力分析模型第29页/共41页构件动力计算等效质量的运动方程第30页/共41页弹塑性动力分析时，等效质量和振动周期：第31页/共41页构件截面惯性矩应考虑混凝土构件开裂的影响：第32页/共41页容许变形构件延性比：第33页/共41页构件弹塑性转角：第34页/共41页钢筋混凝土结构构件的允许延性比钢筋混凝土结构构件的弹塑性转角允许值第35页/共41页构件弹塑性转角示意图第36页/共41页构件动力计算对于受弯构件，其抗剪承载力应比抗弯承载力提高20%。混凝土的弹性模量可取静荷载作用时的1.2倍。钢材的弹性模量及钢材和混凝土材料的泊松比，可不考虑动荷载的影响。第37页/共41页天然地基基础设计地基土承载力验算爆炸荷载下地基土允许承载力取其特征值的1.6倍。基础抗倾覆验算基础抗不平衡测向动力荷载的倾覆安全系数取1.2，不考虑活荷载影响。基础抗滑移验算抗滑移安全系数取1.05。基础的被动土压力取不平衡荷载的1.5倍，不平衡荷载取总动水平荷载减去摩擦阻力。第38页/共41页桩基础设计允许垂直承