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近年來海洋平臺上部結(jié)構(gòu)的爆炸和火災(zāi)工程研究表明，由爆炸引起的爆炸荷載在以前被低估了，在許多情況下，這些荷載在實際設(shè)計過程中并未被考慮。因此，爆炸風(fēng)險可能比預(yù)先想象的要嚴(yán)重得多。在海洋平臺結(jié)構(gòu)上發(fā)生的爆炸主要是氣體爆炸，氣體爆炸是由于預(yù)先混合的燃料和氣體燃燒引起的壓力急劇增加的過程。爆炸的強(qiáng)度(爆炸荷載)可以通過其最大壓力來歸類。如最大壓力小于20 kPa，可認(rèn)為是“輕微爆炸”；當(dāng)最大壓力超過200 kPa時，則認(rèn)為是“劇烈爆炸”。在有些組塊中，由于其所處環(huán)境的特殊性，如離壓縮機(jī)較近，附近有大型儲油、儲氣罐等，這些設(shè)施有很大的意外爆炸風(fēng)險，若在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中未考慮爆炸這一偶然荷載的作用，后果不堪設(shè)想。因此，對組塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體和局部的防爆分析是非常必要的。組塊結(jié)構(gòu)中的防爆墻墻體和圍護(hù)、支撐結(jié)構(gòu)在以往的項目中都有較為成熟的設(shè)計經(jīng)驗，但對整個組塊的防爆分析卻較為少見，或者沒有進(jìn)行過整體校核，本文在基本理論推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，對組塊結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)進(jìn)行有限元分析計算，并與準(zhǔn)靜力法計算結(jié)果進(jìn)行對比，得到了較為一致的結(jié)果，對今后的設(shè)計工作具有一定的參考作用。
爆炸作用下海洋平臺結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析，應(yīng)首先確定爆炸過程中施加在結(jié)構(gòu)上的荷載，繪制出壓力-時間曲線。爆炸產(chǎn)生的荷載取決于多種因素，如釋放的碳?xì)浠衔锏姆N類和體積、通風(fēng)條件、緩解措施等。爆炸可能引起兩種荷載，余壓和拖曳荷載，在進(jìn)行平臺上部設(shè)施的抗爆設(shè)計時，這兩種狀態(tài)都應(yīng)予以考慮。余壓往往決定著諸如防爆墻和地板/屋頂系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。拖曳荷載是由爆炸產(chǎn)生的氣浪引起的，對平臺結(jié)構(gòu)的整體影響較小。除爆炸荷載外，還應(yīng)將實際固定荷載、活荷載和儲存荷載的最合適的估計值作用于結(jié)構(gòu)，爆炸分析時可忽略環(huán)境荷載的作用。
由于在一個荷載歷時內(nèi)DLFmax通常與反應(yīng)的第一個峰值相對應(yīng)，而且計入阻尼后也不會顯著降低這個值，所以只在一個荷載歷時后，即t>td時考慮阻尼的影響。圖3～6是爆炸荷載持續(xù)時間為0.1s，結(jié)構(gòu)自振周期(Tn)分別為0.005s、0.02s、0.1s和0.5s時的位移響應(yīng)，對比圖中結(jié)果后可發(fā)現(xiàn)：
(1)在相同的荷載持續(xù)時間內(nèi)，結(jié)構(gòu)的最大位移響應(yīng)與其自振周期有關(guān)，隨著Tn的增大，DLF逐漸增大，在結(jié)構(gòu)自振周期與荷載持續(xù)時間相等時達(dá)到最大為1.508，而后DLF又有減小的趨勢。
(2)當(dāng)結(jié)構(gòu)自振周期非常小時，其位移響應(yīng)曲線與荷載-時間曲線變化一致或大致相近，如圖3、4，因此，對可簡化為單自由度的結(jié)構(gòu)如防爆墻墻體及其斜撐，由于自振周期非常小，可直接進(jìn)行準(zhǔn)靜力分析，計算動力荷載系數(shù)DLF(此時yst即最大爆炸壓力作為靜力產(chǎn)生的撓度)，得到最大動力應(yīng)力。結(jié)構(gòu)固有周期遠(yuǎn)小于荷載持續(xù)時間時，考慮動力荷載系數(shù)便可得到最大動力應(yīng)力與靜力應(yīng)力的比值(此時的靜力為最大爆炸壓力)；當(dāng)整體結(jié)構(gòu)為多自由度體系，且結(jié)構(gòu)固有周期接近或大于荷載持續(xù)時間時，此時準(zhǔn)靜力法已不再適用，應(yīng)進(jìn)行線性或非線性的動力分析。組塊結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，瞬態(tài)動力分析計算量大，其動力響應(yīng)一般由有限元軟件來完成。
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