段美满

摘 要：近年来，随着城市规划发展逐步加快，原偏僻地区的炸药库逐渐靠近城市规划区，威胁到城市规划区内建筑物的公共安全。分析炸药仓库发生意外爆炸对建筑物的影响，重点分析爆炸冲击波对建筑物造成的危害。爆炸冲击荷载作为第三方破坏的主要荷载形式之一，会引起邻近建筑物的破坏问题，在过去的工程实践中对其重视不够，但客观事实却显得尤为突出，这就要求我们进行不断的研究以满足工程实践的需求。因而，研究建筑物在爆炸冲击作用下的响应特点和规律，对建筑物的安全保护具有重要意义。

关键词：爆炸 炸药 建筑物 定量技术分析 模拟计算

中图分类号：TJ55 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）04（a）-0066-03

本次研究对象：某企业炸药库储量为120t（单库，储存品种为乳化炸药），折合成TNT当量值为120t×0.76=91.2t；炸药库距城市规划区建筑物最近点直线距离为2966m。

1 炸药库爆破振动安全允许距离分析

根据《爆破安全规程（GB 6722-2014）》可知：爆破振动安全允许距离可按下式计算。

根据假设的资料及模拟的现场地形、地质条件可知， K的取值250，α的取值1.8。炸药库属于地表库，其爆破可视为地表浅孔爆炸。因此，其主振频率在40～100Hz范围内。拟定建筑物为工业建筑物，综合分析，地质振动安全允许速度V取4.2～5.0cm/s范围之内；炸药量根据120t乳化炸药计算。则根据式（1）计算可得：

120t乳化炸药爆炸的安全距离范围为：

从上述计算可知，120t炸药爆炸振动安全允许距离范围为395.4～435.6m。

2 炸药库爆炸空气冲击波超压影响

由于炸藥库爆炸属于地表大药量爆炸，还应该核算建筑物所承受的空气冲击波超压值，并确定相应的安全允许距离，根据《爆破安全规程（GB 6722-2014）》可知：在平坦地形条件下爆炸时，超压可按照下式计算。

空气冲击波超压的安全允许距离，应根据保护对象、所用炸药品种、地形和气象条件由设计确定。本次计算的R为2966m、Q为120000kg乳化炸药（计算时换算成炸药TNT当量）。

本次计算的空气冲击波超压值为0.017×105Pa，破坏等级为1级。结合爆破安全规程（GB 6722-2014）（建筑物的破坏程度与超压关系）可知，当120t乳化炸药爆炸时，建筑物基本无破坏。即：建筑物玻璃偶然破坏，木门窗无损坏，砖外墙无损坏，顶棚无损坏，内墙无损坏，钢筋混凝土柱无损坏。

3 炸药库爆炸对建筑物动力响应分析

考虑到计算范围足够大时，爆炸在计算区域边缘产生的应力和应变非常小，近似无限边界。由于模型只是无限区域的一部分，出现人为的边界，为了消除人为边界处的反射波对结构动力响应的影响，计算过程中除了顶面没有设置约束外，其余三个面设定为无反射边界条件。炸药储存在地表炸药库内，炸药库距最近建筑物最近点直线距离为2966m，库内炸药按相应标准换算成标准炸药TNT当量值，炸药密度为1.63g/cm3，建筑物基桩埋深取15.0m。

在数值模拟过程当中采用多物质Euler材料与Lagrange结构相耦合的算法，来计算爆炸气体产物和空气等物质与固体结构的相互作用耦合问题，通过直接耦合结构网格（Lagrange网格）和流体材料网格（Euler网格）之间的响应，自动地、精确地算出每一时间步流-固界面处的物理性质。在实际建模过程中，定义炸药、空气等易流动物质为Euler网格，建筑物、地基材料为Lagrange网格。

分析建筑物在爆炸冲击荷载下的响应，主要分析建筑桩基受爆炸振动的冲击影响。计算的具体条件见表1。

由于主要分析炸药爆炸对建筑物冲击作用，即建筑物桩基的受力情况，所以通过LS-DYNA自带的后处理功能，把建筑物桩基从模型中提取出来单独进行分析。计算结果详见图1～图4。

由于本次计算的模型为强度为C30的钢筋混凝土材料，其设计破坏强度为14.3MPa。根据计算结果可知，当炸药库库存120t乳化炸药爆炸后，建筑物桩基上的最大有效应力约为5.11MPa，最大剪应力峰值约为0.34MPa，小于桩基破坏强度，建筑物桩基基本处于安全状态。

4 结语

本文通过理论分析、现场地质调查和资料收集的综合研究方法，分析了炸药库对建筑物安全风险影响，得出以下结论。

炸药库发生意外，考虑最大量120t乳化炸药一次性爆炸后，结合爆破震动计算结果可知，距离炸药库2966m处的建筑整体安全，受空气冲击波超压影响破坏等级为1级，即：建筑物玻璃偶然破坏，木门窗无损坏，砖外墙无损坏，顶棚无损坏，内墙无损坏，钢筋混凝土柱无损坏。

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