城市地下空间天然气爆炸对地表建筑结构损伤的C-J理论耦合分析与抗爆设计研究

本文推荐：该研究基于Chapman-Jouguet（C-J）理论，采用任意拉格朗日-欧拉（ALE）算法，创新性分析了地下天然气爆炸对地表建筑的动态损伤机制。通过对比TNT当量法（误差66.20%）与C-J理论（误差12.77%），证实后者能更精准预测爆炸近场压力与结构响应，并揭示氮气抑爆比例（7.524→3.762）可使楼板速度降低20.57%，为城市地下空间抗爆设计提供量化依据。

　　

Highlight

在地下空间（容积2554.5 m³的双侧开放受限空间）中，本研究采用C-J理论分析了天然气爆炸对地表建筑的动态响应与结构损伤，主要发现：

Results

如图7所示监测点数据显示：

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  首层楼板受爆轰波冲击最严重，速度峰值降低50.13%（当天然气空间占有率从90.65%降至36.83%）

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  氮气比例从7.524降至自然环境值3.762时，首层楼板总能量减少39.18%

Discussion

• C-J理论预测气体爆炸超压的误差仅2.28%，显著优于TNT当量法（误差66.19%）

• 9.5%天然气混合比会对局部结构造成最严重破坏，而氮气抑爆可有效降低结构位移43.52%

Conclusions

1. 1.

   C-J理论能直接耦合气体爆炸与结构损伤分析，弥补CFD方法无法解析结构变形的缺陷；

2. 2.

   研究为评估地下空间上方建筑的抗爆设计提供了关键参数，适用于多气体混合爆炸场景。

（注：翻译保留原文数据精度如³、₂等格式，专业术语如CFD、ALE等均采用括号标注）