陈泷    李奉阁   

内蒙古科技大学 建筑与土木工程学院  内蒙古包头 014010

摘要：燃气爆炸是一种危害很大的偶然发生的局部荷载，它是引起建筑物连续性倒塌的主要原因。本文通过燃气爆炸对某框架结构的破坏进行检测，分析了燃气爆炸引起的破坏模式及其自身特点，提出建筑结构设计时注意的问题以及燃气爆炸的防治措施。

关键词：燃气爆炸   连续性倒塌   防治措施

Gas explosion effect on structure damage and control measures

CHEN Long    LI Feng-ge        

College of Architecture and Civil Engineering , Inner Mongolia University of Science and Technology , Baotou, Inner Mongolia 014010

Abstract: Gas explosion is a kind of harm partial load by accident, it is the main cause continuity of the collapsed buildings. Based on the gas explosion of a frame structure damage detection, this paper analyzed gas explosion caused by the failure mode and its characteristics and put forward problems when building structure design as well as the prevention and control measures of gas explosion.

Keywords: gas explosion, progressive collapse, control measures

1 工程概况

某科技有限公司的整理车间为三层的钢筋混凝土框架结构。建于2011年，建筑面积4200㎡，建筑高度为21m。基础为C30现浇钢筋混凝土独立基础，基础垫层混凝土强度为C15。框架柱、框架梁、楼板混凝土设计强度为C30。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g，地震分组为第二组。安全等级为二级，设计合理使用年限为50年，建筑耐火等级为二级，主体结构的抗震等级为三级。本建筑物抗震设防类别为丙类，基础设计等级为丙级。结构平面图如图1所示

图1  结构平面图

2 受灾状况

 根据现场检测结果，爆炸源在一层E-F/5-7轴间，该区域一层梁板破坏严重，梁板受爆炸力作用明显上挠，梁两端混凝土破碎，楼板钢筋与混凝土脱离，混凝土破碎，见图2。6F、7F框架柱受一层梁板的拉力作用在一层顶板处向内偏移，在节点处纵筋压屈，混凝土压碎，见图3。

图2 一层E-F/5-7轴间梁板破坏                 图3  6F、7F柱倾斜、破坏

3 钢筋混凝土柱的破坏模式

柱子作为主要的承重构件，其破坏是造成结构连续性倒塌的主要原因。在燃气爆炸荷载作用下, 结构最终倒塌原因是由于直接承受燃爆荷载下的梁柱将产生塑性变形,以横梁和立柱的连接的节点处最大,当它达到材料的失效应变时立柱就会飞射出去,导致承重梁柱的失效，其实就是结构的重心偏移以及结构内力的重分布。柱子顶部和底部一定长度的柱子在冲击荷载下断裂并飞出去,对结构其他构件的撞击造成其他构件在冲量下的破坏。同时柱子断裂后,上部的梁板将突然失去支撑,从层高高度瞬间落到下层地面高度。然而，对于钢筋混凝土框架结构, 结构的变形具有局部性、弱传递性的特点。在较大燃爆荷载下，柱子底部、中部、顶部的应力、位移都很大。因此，在今后的设计中,应该提高柱子抗爆薄弱区的抗冲击荷载能力。

4 钢筋混凝土梁板的破坏模式

在燃气爆炸荷载作用下,横梁的端点因为受到上下柱的约束将最先进入塑性状态,而此时梁中点由于板对它的约束较小,变形仍然以弹性变形为主,相应的端点塑性应变比塑性应变大很多。所以较大的梁端塑性应变,是梁柱节点首先形成破坏的原因。竖向荷载作用下，钢筋混凝土梁有可能发生弯曲破坏、剪切破坏或者弯剪破坏。钢筋混凝土梁的弯曲破坏多发生在梁的跨中位置处，通常表现为梁底纵向钢筋的屈服、拉断以及受压区混凝土的压碎；剪切破坏通常表现为支座处发生直剪破坏或剪跨区发生斜剪破坏。研究表明,伴随着钢筋混凝土梁截面高度的增加,主筋配筋率的增加梁更容易发生发生剪切破坏。因此在以后设计中,应尽量控制梁的截面高度和主筋配筋率。然而，钢筋混凝土板在相同强度的冲击压力下会发生不同的破坏模式,伴随着峰值压力的增加以及作用时间的减小,破坏模式将逐渐由弯曲破坏转变为剪切破坏。

5 燃气爆炸特点分析

燃气爆炸与地震、 海啸、台风等自然灾害相比，除了具有人为因素以及频率高、偶然性大、破坏性局部等因素外，还有其自身的特点，它与气体的特有性质有关。

5.1  燃气爆炸与可燃气体浓度有关

当可燃性气体的浓度过低或者过高的时候是不存在危险的，只有和空气混合形成混合气体或更准确地说是遇到氧气后形成一定比例的混合气才能发生燃烧和爆炸。所以燃爆常与火灾相伴燃烧。

5.2  燃气爆炸与压力有关

通常在完全封闭情况下，燃爆的理想最大压力为700kPa， 其值反映燃气充分燃烧的能量释放值。除了接近完全封闭的形式以外，如管道、地下室等,一般爆炸场合下的峰值压力在理论上不到最大压力的 1/ 10, 确切的说要低1至2个数量级。爆炸不但会产生光和热，而且也会产生冲击波,对周围的物体以及建筑物造成严重破坏, 这就是爆炸事故会造成杀伤破坏的一个主要因素。

5.3  爆炸浓度极限

可燃物质(包含可燃气体、蒸气和粉尘)与空气(或氧气)在一定的浓度范围内均匀的混合，形成预混气，遇到火源才会产生爆炸，这个浓度范围被称为爆炸浓度极限（爆炸极限）。 爆炸浓度极限是爆炸上限和爆炸下限的总称，只有可燃气体在空气中的浓度在爆炸上限和下限之间才会产生爆炸。当高于爆炸上限或者低于爆炸下限时都不会产生爆炸。

三种常见燃气爆炸极限数据表（体积比%）

5.4  危害性大

虽然燃气爆炸事故为偶然性事件且造成的破坏较为局部，但从全国范围来看，会经常发生不同程度的燃气爆炸事故，并且极易发生较为严重的重大事故。

6 燃气爆炸的防治措施

燃气爆炸是一种危害性很大的偶然荷载，爆炸发生时局部破坏在所难免,可以通过泄压来减小超压, 而且关键是要防止可能出现连续倒塌和整体破坏。因此必须将爆炸作用限制于局部。然而，除了事故控制﹑直接设计﹑间接设计这三个方面预防以外，还应注意以下的三个方面：

1. 在结构设计的时候，必须考虑材料问题、布置施工方式等因素，应选择简单的、规则的，刚度分布均匀的平面，还要选择具有抗暴性能良好的结构。尽量避免采用混合结构和预制板，要采用现浇钢筋混凝土框架结构﹑剪力墙结构﹑筒体结构等，因为它们具有整体性能好和延性良好的特点。

2. 泄爆是燃气爆炸压力难以达到最大值的重要因素，所以应该优先采用轻质屋盖，采用轻质外墙和泄压门窗等。这样既能够很好的泄压，又能够隔热防寒，并且对人体的伤害会大大减小。

3. 加强结构构件在爆炸荷载作用下的设计，建筑结构防爆措施的重点是提供多种荷载的传递路径，结构布置上要注意双重传力，避免一个方向上承重结构的破坏。

7 结论

燃气爆炸事故与我们的生活息息相关，因此必须要有足够的重视。本文通过案例来详细介绍和分析了燃气爆炸引起的破坏模式以及防治措施，所以为了防止燃气在结构中发生严重灾害，不但要防止燃爆本身的危害，还有防止建筑结构发生的大面积破坏，连续倒塌或火灾蔓延造成的更大危害。因此，应在结构选型、设计等方面予以考虑，对于燃爆这种偶然荷载，要贯彻“小爆易修，大爆不塌”的原则。

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