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4.2 作用在建筑物上的爆炸荷载
4.2.1 作用在封闭矩形建筑物前墙、侧墙、屋面及后墙上的爆炸荷载可按其与作用时间的关系(图4.2.1)进行简化计算。
4.2.2 作用在封闭矩形建筑物前墙上的爆炸荷载应按下列公式计算:
1 前墙峰值反射压力:
式中:
Pr——峰值反射压力(kPa);
Cr——反射系数。
2 前墙冲击波超压等效作用时间:
式中:
tc——反射压持续时间(s),tc≥td时,取tc=td;
S——停滞压力点至建筑物边缘的距离(m),取建筑物高度(H)和前墙宽度一半(B/2)的较小值;
Ps——停滞压力(kPa)
Cd——拖曳力系数,取决于障碍物表面的形状及朝向,对于封闭矩形建筑物,前墙取+1.0,侧墙、屋面、后墙取-0.4;
te——前墙冲击波超压等效作用时间(s)。
4.2.3 作用在封闭矩形建筑物侧墙及屋面(坡度小于10°)上的爆炸荷载应按下列公式计算:
式中:
Pa——作用在侧墙及屋面上的有效冲击波超压(kPa);
Ce——等效峰值压力系数,按Lw/L1值查图4.2.3;
tr——侧墙及屋面有效冲击波超压升压时间(s);
L1——冲击波前进方向结构构件的长度(m)。侧墙计算时取1.0m;屋面梁计算时,当冲击波方向与梁的跨度方向一致时取梁的跨度,冲击波方向与梁的跨度方向垂直时取梁中心线至前墙中心线的距离;屋面板计算时,当冲击波方向与屋面板的跨度方向一致时取屋面板跨度,冲击波方向与屋面板的跨度方向垂直时取1.0m;后墙计算时,取建筑物高度H(m)。
4.2.4 作用在封闭矩形建筑物后墙上的爆炸荷载应按下列公式计算:
式中:
Pb——作用在后墙上的有效冲击波超压(kPa);
ta——冲击波到达后墙的时间(s);
trb——后墙上有效冲击波超压升压时间(s);
L——平行于冲击波方向的建筑物尺寸(m)。
条文说明
4.2.1~4.2.4 本标准仅考虑外部爆炸事故下,冲击波对建筑物正面作用的影响。典型的爆炸冲击波超压-时程曲线如图2所示,分为正压区和负压区,负压区对结构构件相应的影响相对于正压区的影响很小,因此在结构和构件的设计计算时只考虑正压区而忽略负压区,从而简化成图4.2.1所示的三角形的波形。
从本标准图4.2.1(b)中可以看出,在tc以前,前墙反射压作用,从tc到td,前墙冲击波正超压和动压共同作用。
为了采用基于三角形荷载的动态响应,在图4.2.1(b)中所示双折线压力-时间曲线可以简化为等效三角形,按双折线压力-时间曲线下的正压冲量Iw=0.5(Pr-Ps)·tc+0.5Ps·td相等的原则确定等效三角形。当将前墙正压等效为三角形荷载作用时,等效作用时间te由方程式te=2Iw/Pr=(td-tc)·Ps/Pr+tc确定。
当爆炸冲击波冲击一个建筑物表面时,就会产生反射,即反射压,反射压远大于入射超压;超压的反射系数取决于冲击波超压峰值、冲击波前端与反射面的入射角度以及爆炸冲击波的形式,一般情况取冲击波与反射面的入射角度为90°。
反射压力的持续时间tc取决于反射面的尺寸及冲击波的波长,不会超过自由场正超压的持续时间td,即tc≤td。tc=td时对应整个爆炸冲击波全部被反射,冲击波在反射面边缘没有任何衍射。
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