1、控制室的抗爆設(shè)計,2012.02.10,參考文獻(xiàn),SH/T 3160-2009 石油化工控制室抗爆設(shè)計規(guī)范 Design of Blast Resistant Buildings in Petrochemical Facilities. -ASCE,1997 石油化工抗爆建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用 -趙建敏、徐珂 基于單自由度體系的鋼筋混凝土抗爆墻設(shè)計 淺談石化裝置建筑物的抗爆設(shè)計 -孫成龍,基本概念,爆炸分類,蒸汽云爆炸 (Vapor Cloud Explosions) 壓力容器爆炸 (Pressure Vessel Explosions) 濃縮相物質(zhì)爆炸 (Condensed Phase Expl

2、osions) 粉塵爆炸 (Dust Explosions),部分概念,爆炸下限：可燃蒸氣、氣體或粉塵與空氣組成的混合物遇火源即能發(fā)生爆炸的最低濃度（可燃蒸氣、氣體的濃度，按體積比計算） 爆炸上限：可燃蒸氣、氣體或粉塵與空氣組成的混合物遇火源能發(fā)生爆炸的最高濃度（可燃蒸氣、氣體的濃度，按體積比計算） 爆炸極限：可燃蒸氣、氣體或粉塵與空氣組成 的混合物遇火源能燃燒并發(fā)生爆炸的濃度范圍 （可燃蒸氣、氣體的濃度，按體積比計算）,兩種爆炸波,沖擊波 關(guān)鍵詞：突然的、瞬時的、負(fù)壓力波 壓力波 關(guān)鍵詞：逐漸、負(fù)壓力波 一般情況下，爆炸在臨近區(qū)域形成沖擊波形式，在遠(yuǎn)離區(qū)域形成壓力波形式。,爆炸對策,事故控制

3、 流程控制：儲存、生產(chǎn)、運(yùn)輸、操作 要素控制：濃度、溫度、火源、震動 防爆 總平規(guī)劃、建筑防爆措施、泄爆 結(jié)構(gòu)抗爆 允許局部破壞，避免連續(xù)倒塌,抗爆材料,脆性材料：磚或者無筋混凝土塊不能用于抵抗爆炸荷載。因為砌塊之間抗拉強(qiáng)度低，材料的墜落可能危及室內(nèi)人員 . 半柔性材料：通常的結(jié)構(gòu)構(gòu)件如，配筋混凝土砌體、翼緣無連結(jié)的鋼結(jié)構(gòu)托梁以及壓型鋼板上澆筑混凝土的組合樓板，其延性非常有限。這些結(jié)構(gòu)構(gòu)件只能應(yīng)用于超壓在2 psi 以下的情況。 柔性材料：因為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)可以設(shè)計成適應(yīng)大的塑性變形，因此一般被推薦在抗爆建筑物使用。壓型鋼板同樣可以抵抗沖擊荷載，但在防止爆炸殘骸穿入方面能力較小。,控制

4、室的抗爆設(shè)計,抗爆設(shè)計準(zhǔn)則,SH/T 3160-2009 6.1.1 當(dāng)遭受相當(dāng)于設(shè)計取定的爆炸荷載作用時，可能局部損壞，經(jīng)一般修理應(yīng)可以繼續(xù)使用。 SH/T 3160-2009 條文說明 a、按照作用效應(yīng)的偶然組合進(jìn)行設(shè)計或采取防護(hù)措施，使主要承重結(jié)構(gòu)不致因出現(xiàn)設(shè)計規(guī)定的偶然事件而喪失承載能力。 b、允許主要承重結(jié)構(gòu)因出現(xiàn)設(shè)計規(guī)定的偶然事件而局部破壞，但其剩余部分具有在一段時間內(nèi)不發(fā)生連續(xù)倒塌的可靠度。,抗爆設(shè)計一般規(guī)定,宜采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。 對于控制室，一般采用單層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框結(jié)構(gòu)。 材料 混凝土等級：不應(yīng)低于C30。 鋼筋：宜采用HRB400和HRB335。 抗爆結(jié)

5、構(gòu)構(gòu)件的鋼筋強(qiáng)度等級以及配筋面積應(yīng)按計算確定，不得任意提高鋼筋強(qiáng)度等級和加大配筋面積。,鋼筋混凝土構(gòu)件的工作過程,構(gòu)件初始加載時，抗力隨撓度理想的線性增加，直到達(dá)到鋼筋屈服為止 隨著構(gòu)件繼續(xù)撓曲，全部鋼筋屈服，抗力不再隨撓度的增加而增大，而是保持常數(shù) 在屈服階段內(nèi)，在撓度相當(dāng)于2o支座轉(zhuǎn)角時，受壓混凝土被壓碎 對于無抗剪鋼筋的鋼筋混凝土構(gòu)件，混凝土壓碎即導(dǎo)致構(gòu)件破壞 對于有抗剪鋼筋（單肢箍筋或拉筋）的鋼筋混凝土構(gòu)件，抗剪鋼筋適當(dāng)拉住抗彎鋼筋，混凝土壓碎導(dǎo)致承載能力稍許降低，因為壓力被傳遞到受壓鋼筋上,隨著構(gòu)件進(jìn)一步撓曲，鋼筋進(jìn)入硬化階段，抗力隨著變形的增加而增加 單肢箍筋在鋼筋進(jìn)入應(yīng)變硬化階段

6、后的短時間內(nèi)能約束產(chǎn)生受壓鋼筋，支座轉(zhuǎn)角為4o時，構(gòu)件喪失其結(jié)構(gòu)完整性而破壞 而拉筋通過其桁架作用在整個應(yīng)變硬化階段都能約束鋼筋，直到支座轉(zhuǎn)角為12o左右鋼筋被拉壞為止 混凝土或混凝土與抗剪鋼筋聯(lián)合，必須提供足夠的抗剪能力，這樣才能發(fā)揮構(gòu)件的抗彎能力，如果抗彎能力超過構(gòu)件的抗剪能力，則在彎曲響應(yīng)期間的任一時刻都可能發(fā)生突然的剪切破壞,抗爆的構(gòu)造措施,剪力墻兩端和門框墻應(yīng)設(shè)暗柱加強(qiáng)。 屋面板及外墻應(yīng)雙面配筋，單面配筋率不應(yīng)小于0.25%，且不大于1.5%。屋面板的最小厚度不小于125mm，墻體的最小厚度不小于200mm。 框架頂層端節(jié)點處，宜采用框架梁鋼筋伸入框架柱中的錨固方式。 鋼筋接頭不宜采

7、用焊接接頭。 獨立基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)系梁。,抗爆設(shè)計步驟,確定建筑前墻體所受到的爆炸荷載。 根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性，確定結(jié)構(gòu)的抗爆性能目標(biāo)。 確定設(shè)計所采用材料的特性。 確定計算模型。 估算截面大小和配筋。 動力計算及校核。,爆炸荷載,基本概念 (1) 超壓：沖擊波通過時產(chǎn)生的超過大氣壓的空氣壓力。 (2)反射壓：沖擊波在傳播方向上遇到障礙物時反射的超壓增量。 (3) 正壓作用時間：超壓（或反射壓）作用在建筑物上的時間。作用時間越長，建筑物反應(yīng)越大。,爆炸沖擊波峰值入射超壓 (Pso )和正壓作用時間(td) 通常由他人確定。這個過程包括化學(xué)工程原理、工藝危害分析和工業(yè)風(fēng)險評價。 業(yè)主的標(biāo)準(zhǔn)有時也確定一個沖擊

8、波荷載。業(yè)主的抗爆標(biāo)準(zhǔn)不同，但是很多業(yè)主的爆炸荷載是根據(jù)裝置包含的工藝方案以及平面布置研究確定的。 業(yè)主完成的現(xiàn)場布置分析，外部咨詢商，或者設(shè)計單位工藝安全組可以確定合理的沖擊波超壓。業(yè)主的保險提供者也需要被咨詢。,如果沒有進(jìn)行評估，也可采用SH/T 3160-2009 6.3.1確定，并在設(shè)計文件中說明： 沖擊波峰值入射超壓21kpa，正壓作用時間100ms 沖擊波峰值入射超壓69kpa，正壓作用時間20ms,爆炸荷載的傳遞路徑,抗側(cè)力構(gòu)件 外墻 屋面板 抗垂直力構(gòu)件 基礎(chǔ),爆炸的沖擊波參數(shù),波速 峰值動壓 沖擊波的波長,作用在建筑物上的爆炸荷載,作用在封閉矩形建筑物前墻、側(cè)墻、屋面以及后墻

9、上的爆炸荷載簡化圖形：,作用在前墻上的三角型等效沖擊波荷載：,作用在側(cè)墻上以及平屋頂建筑物屋面上的有效沖擊波超壓及其升壓時間。,作用在后墻上的有效沖擊波超壓及其作用時間,荷載組合,不考慮風(fēng)、雪荷載、地震作用參與組合。 承載力極限狀態(tài)： 正常使用極限狀態(tài)：,材料特性,抗爆所用材料強(qiáng)度設(shè)計值要用材料的動力設(shè)計強(qiáng)度代替。 材料的動力設(shè)計強(qiáng)度應(yīng)考慮荷載的瞬時和動力效應(yīng)：,材料的動力荷載提高系數(shù)及強(qiáng)度提高系數(shù),計算模型,等效靜力分析 用動力系數(shù)乘以動荷載峰值得到等效靜荷載。等效靜荷載法規(guī)定結(jié)構(gòu)在等效靜荷載作用下的各項內(nèi)力(如彎矩、剪力、軸力)就是動荷載下相應(yīng)內(nèi)力的最大值,這樣就可以把動荷載視為靜荷載。

10、動力分析 單自由度體系的動力計算模型,單自由度體系動力分析模型,構(gòu)件動力計算,等效質(zhì)量的運(yùn)動方程,彈塑性動力分析時，等效質(zhì)量和振動周期：,構(gòu)件截面慣性矩應(yīng)考慮混凝土構(gòu)件開裂的影響：,容許變形,構(gòu)件延性比：,構(gòu)件彈塑性轉(zhuǎn)角：,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的允許延性比,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈塑性轉(zhuǎn)角允許值,構(gòu)件彈塑性轉(zhuǎn)角示意圖,構(gòu)件動力計算,對于受彎構(gòu)件，其抗剪承載力應(yīng)比抗彎承載力提高20%。 混凝土的彈性模量可取靜荷載作用時的1.2倍。鋼材的彈性模量及鋼材和混凝土材料的泊松比，可不考慮動荷載的影響。,天然地基基礎(chǔ)設(shè)計,地基土承載力驗算 爆炸荷載下地基土允許承載力取其特征值的1.6倍。 基礎(chǔ)抗傾覆驗算 基礎(chǔ)抗不平衡測向動力荷載的傾覆安全系數(shù)取1.2，不考慮活荷載影響。 基礎(chǔ)抗滑移驗算 抗滑移安全系數(shù)取1.05。基礎(chǔ)的被動土壓力取不平衡荷載的1.5倍，不平衡荷載取總動水平荷載減去摩