AUTODYN高层建筑管道爆破对主体结构的损伤(2)
图 1.1 居民楼爆炸远景图 图 1.2 居民楼爆炸近景图
图 1.3 曼哈顿居民楼发生爆炸
国内外诸如此类的事故还有很多，然而全世界正在使用的油气管道中，据数据统计中国地区的老龄化管道明显多于新兴管道，因此中国管道的构建比例存在非常大的安全隐患。另一方面法律法规对对这一领域的要求还不够规范且约束能力有限。随着社会的发展，城市开始变得拥挤，越来越多高层建筑拔地而起，然而发展总伴随着问题，而这些问题都是之前没有考虑到的或者说是考虑的很少的。一旦这些潜在的问题变成了事故，后果将不堪设想。为了有效地控制高层建筑管道事故的发生并尽可能降低这类事故所造成的损失，一方面应该防患于未然，从预防的角度来研究爆炸事故的起因，比如材料的选取规范和管道安装时的技术要求等。另一方面要从高层建筑的结构层面来研究，首先确保高层建筑结构有足够强大的承受能力来应对特殊情况，即使发生意外能保持结构的稳定性，让居民的生命财产得到有效的保障；二是要对爆炸的毁伤效应进行分析，从而确定建筑物的事故发生时红色危险范围和最大安全范围。
本文主要是围绕高层建筑管道爆破对主体结构的毁伤效应展开研究，并且运用适当的分析方法和模拟计算，用等量的TNT炸药模拟爆破载荷，从而揭示高层建筑管道在爆破荷载作用下的破坏过程和毁伤规律，为这一领域的风险评估提供科学的参考依据。
1.2 国内外的研究现状
1.2.1 高层建筑管道爆破研究机理
高层建筑管道爆破是一个复杂的反应过程，单从管道爆破的研究层面来讲，国内外的学者对城市埋地管道的研究已趋于成熟，而对一些城市高层建筑中的管道一旦发生爆破的研究却并不是很多[1]。但研究的原理几乎大同小异，在对管道爆破的研究过程中，主要着手于等效模型的建立、爆炸传播规律以、影响因素、破坏效应和风险评估等方面的研究。
1.2.2 管道爆破的等效模型
目前国内外，比如在研究蒸汽管道的爆炸以及可燃气体的爆燃，爆炸所产生的冲击波，均可采用等效TNT炸药模型来代替。TNT模型采用产生的焦耳热相当的法则，也就是气体爆炸产生的能量等效于TNT爆炸反应后产生的能量，能够达到预测爆炸强度的效果。
一般常用等效TNT的当量模型来做风险评估，等效出压力容器爆炸时的毁伤效应[2]。有学者利用等效TNT当量模型模拟可燃气体泄漏时爆炸产生的压力，研究了爆破荷载下潜艇舱室的变形及破损。也有学者利用TNT当量法模拟了地铁在爆炸袭击中的峰值压力[3]，根据结果评估了其地铁一旦发生爆炸的杀伤力，这也为地铁方面在制定应对恐怖袭击制定有效方案提供了科学依据。
1.2.3 爆破冲击波的传播规律
对凝聚高爆炸药来说，高温高压气体的温度很高，压力也很大。气体瞬间膨胀反复的作用于周围的空气，从而形成压缩波并带有化学反应产生的乙烯，向四周传播。因为后面的压缩波壁前面的压缩波传播速度要快，这些压缩波在很短的时间内聚集起来叠加后形成冲击波。冲击波的最前面是波阵面。紧跟在波阵面后的是与动压相关的“爆炸风”[4]。空气冲击波是首先由著名的科学家和哲学家E.Mach于1878年观察到的[5]。冲击波形成如图1.4所示。
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