本書通過野外試驗、數(shù)值模擬和理論分析的方法,對城市淺埋管溝燃氣爆炸荷載分布模型、災害效應評估、管溝損傷破壞機理及防護技術等進行了深入系統(tǒng)的介紹。全書共分為7章:緒論、管溝燃氣爆炸實驗、城市淺埋管溝燃氣爆炸泄爆效應、城市淺埋管溝燃氣爆炸荷載分布模型、管溝內(nèi)燃氣爆炸沖擊波地面?zhèn)鞑ヒ?guī)律、城市淺埋管溝燃氣爆炸事故災害效應評估、燃氣爆炸荷載作用下管溝蓋板的動力響應。
本書可供土木工程、安全工程、石油化工領域的科研工作者和工程技術人員參考使用。
本書通過野外試驗、數(shù)值模擬和理論分析的方法,對城市淺埋管溝燃氣爆炸荷載分布模型、災害效應評估、管溝損傷破壞機理及防護技術等進行了深入系統(tǒng)的介紹。
燃氣管道作為天然氣進入千家萬戶的重要設施,在城市地下空間縱橫交錯地分布。然而,閥門失靈、管道破損、操作失誤等原因時常導致燃氣泄漏,一旦燃氣在城市淺埋管溝內(nèi)積聚,當遇到點火源時,就極易發(fā)生嚴重的燃氣爆炸事故,如2021 年湖北十堰重大燃氣爆炸事故和 2013 年山東青島輸油管道爆炸事故。本書通過野外試驗、數(shù)值模擬和理論分析的方法,對城市淺埋管溝燃氣爆炸荷載分布模型、災害效應評估、管溝損傷破壞機理及防護技術等進行了深入系統(tǒng)的介紹。
本書共分 7 章。第 1 章緒論,主要介紹城市淺埋管溝燃氣爆炸安全防護的研究背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和主要研究內(nèi)容等。第 2 章管溝燃氣爆炸試驗,主要介紹管溝燃氣爆炸試驗裝置、試驗流程、試驗工況和試驗結(jié)果。第 3 章城市淺埋管溝燃氣爆炸泄爆效應,主要介紹計算流體動力學軟件 FLACS 的基本模型和數(shù)值模擬驗證,并分析泄爆效應的影響因素。第 4 章城市淺埋管溝燃氣爆炸荷載分布模型,主要介紹管溝燃氣爆炸的作用機理、管溝內(nèi)燃氣爆炸荷載的影響因素和超壓峰值分布模型。第 5 章管溝內(nèi)燃氣爆炸沖擊波地面?zhèn)鞑ヒ?guī)律,主要介紹管溝外沖擊波傳播過程和作用機理、超壓時程曲線特征以及荷載峰值分布規(guī)律。第 6 章城市淺埋管溝燃氣爆炸事故災害效應評估,主要介紹管溝燃氣爆炸災害效應評估方法,以及對青島1122原油泄漏爆炸事故進行實例分析。第 7 章管溝蓋板在燃氣爆炸荷載作用下的動力響應,主要介紹結(jié)構(gòu)動力學分析軟件LS-DYNA的主要模型和模型驗證、管溝蓋板動力響應數(shù)值分析和 FRP 加固技術。
本書可供土木工程、安全工程、石油化工領域的科研工作者和工程技術人員參考使用。
編 者
2023 年 12 月
楊石剛,工學博士,陸軍工程大學副教授,博導,江蘇省優(yōu)秀青年基金獲得者。長期從事燃氣爆炸災害效應及工程防護技術的研究工作,主持完成國家、江蘇省自然科學基金和后勤科研等項目4項;參與國家973計劃、國家重點研發(fā)計劃等重大項目8項。獲科技進步一等獎1項、省部級科技進步二等獎2項,發(fā)表學術論文30余篇,授權專利和軟件著作權8項。
楊亞,陸軍工程大學防災減災工程及防護工程專業(yè)在讀博士生,2018年獲重慶大學土木工程專業(yè)學士學位,2021年獲陸軍工程大學工程碩士專業(yè)學位。主要研究方向為燃氣爆炸災害效應和地下結(jié)構(gòu)防護技術,獲江蘇省優(yōu)秀專業(yè)碩士學位論文,發(fā)表學術論文10余篇,其中被SCI/EI收錄9篇。
蔡炯煒,碩士研究生學歷, 2021 年畢業(yè)于陸軍工程大學建筑與土木工程專業(yè),從事燃氣爆炸災害效應研究,參與國家 973 計劃、國家重點研發(fā)計劃等重大項目 4 項, 先后在《爆炸與沖擊》、《中國安全科學學報》等核心期刊發(fā)表論文 6 篇。
1 章 緒 論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4
1.2.1 長直泄爆空間燃氣爆炸荷載模型研究 4
1.2.2 結(jié)構(gòu)抗燃氣爆炸安全防護技術研究 11
1.2.3 已有研究存在的不足 22
1.3 本書主要內(nèi)容 23
第 2 章 管溝燃氣爆炸試驗 25
2.1 試驗設計 25
2.1.1 試驗裝置 25
2.1.2 試驗流程 31
2.1.3 試驗工況 32
2.2 試驗結(jié)果分析 33
2.2.1 超壓時程曲線特征 34
2.2.2 可燃氣體體積分數(shù)對爆炸荷載的影響 38
2.2.3 爆炸荷載分布特征 40
第 3 章 城市淺埋管溝燃氣爆炸泄爆效應 45
3.1 FLACS 軟件概況 45
3.1.1 軟件簡介 45
3.1.2 基本模型 46
3.2 數(shù)值模擬驗證 48
3.2.1 物理模型 48
3.2.2 網(wǎng)格敏感性分析 49
3.2.3 試驗與模擬對比 52
3.2.4 泄爆口泄爆作用分析 55
3.3 泄爆效應的影響因素分析 58
3.3.1 泄爆口布置對泄爆效應的影響 58
3.3.2 泄爆面積對泄爆效應的影響 64
城市淺埋管溝燃氣爆炸安全防護
3.3.3 端部開口對泄爆效應的影響 68
第 4 章 城市淺埋管溝燃氣爆炸荷載分布模型 71
4.1 管溝燃氣爆炸過程研究 71
4.1.1 物理模型建立 71
4.1.2 爆炸過程分析 72
4.1.3 模擬結(jié)果分析 75
4.2 管溝燃氣爆炸荷載影響因素 83
4.2.1 管溝類型 83
4.2.2 可燃氣云長度 86
4.2.3 管溝截面尺寸 88
4.2.4 管溝長度 91
4.3 超壓峰值分布模型 96
4.3.1 爆炸平面沖擊波物理模型 96
4.3.2 中間降壓段模型建立 97
4.3.3 中間降壓段模型修正 99
4.3.4 端部降壓段模型建立 105
4.3.5 超壓峰值分布模型簡化及驗證 106
第 5 章 管溝內(nèi)燃氣爆炸沖擊波地面?zhèn)鞑ヒ?guī)律 109
5.1 燃氣爆炸荷載地面?zhèn)鞑ヒ?guī)律分析 109
5.1.1 物理模型 109
5.1.2 管溝外沖擊波傳播過程及機理分析 112
5.1.3 超壓時程曲線特征分析 116
5.1.4 超壓峰值分布規(guī)律 118
5.2 沖擊波超壓峰值的影響因素分析 120
5.2.1 點火位置的影響 121
5.2.2 泄爆口大小的影響 122
5.2.3 氣云長度的影響 123
5.2.4 截面面積的影響 124
第 6 章 城市淺埋管溝燃氣爆炸事故災害效應評估 126
6.1 管溝燃氣爆炸災害效應評估 126
6.1.1 傷害準則介紹 126
6.1.2 燃氣爆炸沖擊波危險距離評估 129
6.2 青島1122原油泄漏爆炸事故 133
6.2.1 爆炸事故概況 133
6.2.2 事故仿真模型 136
6.2.3 仿真結(jié)果驗證及分析 137
6.2.4 荷載分布模型應用 139
第 7 章 管溝蓋板在燃氣爆炸荷載作用下的動力響應 144
7.1 城市淺埋管溝系統(tǒng) 144
7.1.1 截面形狀 144
7.1.2 矩形管溝結(jié)構(gòu)設計 145
7.1.3 管溝系統(tǒng)附屬設施 145
7.2 鋼筋混凝土矩形管溝模型驗證 148
7.2.1 LS-DYNA 軟件算法介紹 148
7.2.2 管溝燃氣爆炸試驗簡介 149
7.2.3 模型驗證及網(wǎng)格敏感性分析 151
7.3 管溝蓋板動力響應數(shù)值分析 156
7.3.1 參數(shù)設置 156
7.3.2 管溝蓋板在燃氣爆炸荷載下的動力響應特征 158
7.3.3 管溝蓋板動力響應的參數(shù)化分析 161
7.4 FRP 加固管溝抗爆性能數(shù)值模擬分析 164
7.4.1 FRP 加固管溝數(shù)值模型 164
7.4.2 動力響應特性分析 165
7.4.3 FRP 參數(shù)分析 169
參考文獻 173