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地下建筑结构内部爆炸荷载取值与抗爆设计方法：理论、实践与创新

一、引言

1.1研究背景与意义

随着城市化进程的加速，地下建筑在城市发展中扮演着愈发重要的角色，如地铁、地下商场、地下停车场以及各类地下防护工程等。这些地下建筑为城市拓展了空间，提高了土地利用效率，增强了城市的综合功能。然而，由于地下建筑内部空间相对封闭，与外界的连通性有限，一旦发生爆炸，其产生的危害将远甚于地面建筑。爆炸瞬间释放出的巨大能量，会在封闭空间内迅速传播，形成强烈的冲击波和高温高压环境，对建筑结构造成严重的破坏。

近年来，各类意外爆炸事故以及恐怖袭击事件时有发生，给人们的生命财产安全带来了巨大威胁，也凸显了地下建筑抗爆安全的重要性。例如，在一些战争冲突地区，地下军事设施面临着敌方爆炸武器的攻击风险；在城市中，地下交通枢纽和商业场所因人员密集、功能复杂，一旦遭受爆炸袭击，后果不堪设想。此外，工业生产中的一些意外爆炸事故也可能波及周边的地下建筑，对其结构安全构成挑战。

准确确定地下建筑结构内部爆炸荷载取值是进行抗爆设计的基础和前提。不同的爆炸源、建筑结构形式、空间尺寸以及开口情况等因素，都会导致爆炸荷载的大小和分布存在显著差异。如果荷载取值不准确，可能会使抗爆设计过于保守，造成不必要的建设成本增加；或者设计不足，无法有效保障结构在爆炸作用下的安全。因此，深入研究地下建筑结构内部爆炸荷载取值方法，对于合理进行抗爆设计、提高结构安全性具有重要意义。

抗内部爆炸设计方法的研究则是直接关系到地下建筑在爆炸发生时能否有效抵御破坏、保护内部人员和设施安全的关键。通过采用科学合理的设计方法，如优化结构形式、选择合适的建筑材料、设置有效的防护措施等，可以显著提高地下建筑的抗爆能力，降低爆炸事故造成的损失。这不仅对于保障人民群众的生命财产安全具有重要的现实意义，也有助于维护社会的稳定和城市的可持续发展。同时，从工程实践角度来看，为地下建筑结构抗内部爆炸设计提供系统、可靠的方法，也能够推动地下工程建设技术的进步，促进地下空间的安全、高效利用。

1.2国内外研究现状

国外对地下建筑结构抗爆的研究起步较早，在爆炸荷载理论研究、试验技术以及数值模拟等方面取得了一系列成果。在爆炸荷载取值方面，美国等西方国家开展了大量的爆炸试验研究，建立了较为完善的爆炸荷载预测模型，如美国军用TNT炸药爆炸模型，该模型能够考虑多种因素对爆炸荷载的影响，为地下建筑结构内部爆炸荷载取值提供了重要参考。同时，随着计算机技术的发展，数值模拟方法在爆炸荷载研究中得到广泛应用，如ANSYS/LS-DYNA等有限元软件能够较为准确地模拟爆炸冲击波在地下建筑结构内的传播和作用过程，分析不同工况下的爆炸荷载分布规律。

在抗内部爆炸设计方法上，国外学者从结构材料、结构形式和防护系统等多方面进行了深入研究。在结构材料方面，研发了多种高性能抗爆材料，如高强度钢纤维混凝土、泡沫金属等，这些材料具有良好的吸能和抗冲击性能，能够有效提高地下建筑结构的抗爆能力。在结构形式优化上，提出了一些新型的结构体系，如采用加强型钢筋混凝土与预应力混凝土复合结构、框剪分离结构等，同时注重设置合理的支撑系统和耗能构件，以减少爆炸荷载对结构的破坏。此外，爆炸防护系统的设计也得到高度重视，包括爆炸防护观察窗、警报系统、防爆壳等设施的研发和应用，为地下建筑提供了多层次的防护。

国内对于地下建筑结构抗爆的研究近年来也取得了显著进展。许多高校和科研机构开展了相关课题研究，在爆炸荷载取值方面，结合国内实际工程情况，对国外的爆炸荷载模型进行了修正和改进，使其更适用于国内地下建筑结构的特点。同时，通过现场试验和数值模拟相结合的方式，深入研究了不同类型地下建筑结构（如地铁车站、地下商场等）在内部爆炸作用下的荷载分布规律，为抗爆设计提供了更准确的数据支持。

在抗内部爆炸设计方法研究上，国内学者一方面借鉴国外先进经验，推广应用高性能抗爆材料和合理的结构形式；另一方面，结合我国国情和工程实践，提出了一些具有针对性的设计建议和方法。例如，在一些大型地下交通枢纽工程中，通过优化结构布局、设置防爆分区等措施，有效提高了结构的抗爆性能。同时，在爆炸防护系统方面，不断加强自主研发，提高防护设备的国产化水平和可靠性。

尽管国内外在地下建筑结构内部爆炸荷载取值与抗爆设计方面取得了一定成果，但仍存在一些不足之处。在爆炸荷载取值方面，目前的模型和方法在考虑复杂地质条件、建筑结构的非线性以及多场耦合作用等方面还存在一定的局限性，导致荷载取值的准确性有待进一步提高。在抗爆设计方法上，虽然提出了多种结构形式和防护措施，但对于不同类型地下建筑结构的适用性研究还不够深入，缺乏系统的设计规范和标准。此外，在爆炸荷载作用下地下建筑结构的耐久性和灾后可修复性研究方面还相对薄