CN112376633A - 城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验装置及方法。所述装置包括设置于钢筋混凝土外壳中的燃气舱、隔壁舱及二夹层结构分舱；燃气舱与隔壁舱相邻，燃气舱内壁设置有多个冲击波测线吊钩及多个加速度传感器，冲击波测线吊钩用于固定冲击波压力传感器；二夹层结构分舱设置于所述燃气舱之上，与燃气舱构成二夹层结构，二夹层结构分舱顶部设置有钢顶盖；二夹层结构分舱与燃气舱之间设置有充气孔，充气孔用于向燃气舱内输送天然气。本发明通过对城市管廊燃气***准确模拟，实现不同***条件下对二夹层结构管廊燃气舱燃气***的研究，使得模拟实验具有准确可靠，精确安全，可操作性强，可控性强，与实际情况相似度高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及综合管廊燃气***模拟实验技术领域，尤指一种城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验装置及方法。
背景技术
随着城市建设的快速发展，地下综合管廊在城市新城区以及新兴城市的建设中逐渐得到重视。综合管廊将燃气管线、电力管线和热力管线等多种管线入廊敷设，导致管廊内存在较大的火灾、***隐患。一旦发生火灾和***事故，会直接造成人员伤亡、交通阻塞、电力信息中断等危机事故发生，给人们生产、生活带来不便的同时，也会对社会和经济秩序的发展造成不利影响。
综合管廊作为地下结构的主要组成部分之一，城市综合管廊工程技术规范中规定综合管廊安全等级为一级，对燃气舱内燃气***对综合管廊结构及周边构筑物的破坏程度及传播规律的研究未成体系，相应的综合管廊结构抗爆规范未出台。由于实际综合管廊断面结构尺寸比较大，若开展实际综合管廊燃气***试验，其成本和危险程度比较大，不具有可实施性。结合以上背景，开展模拟综合管廊抗爆试验，研究综合管廊在***荷载作用下的破坏和反应特征，分析管廊燃气舱内***对综合管廊整体结构及附属配套设施的影响具有非常重大的意义，据此对综合管廊和附属结构重点部位的抗爆结构进行优化设计。
现有综合管廊燃气***模拟实验技术采用的综合管廊模型为标准断面结构，存在以下缺点：综合管廊应包括附属结构，而不只是单一标准断面结构，且按实际综合管廊进行实验不经济；综合管廊结构一般在随道路而建，道路周边构筑物比较多，燃气舱内燃气***对周边构筑物的影响未考虑进去；综合管廊内燃气***后沿管廊长度方向的传播规律以及衰减特性未进行研究，没有实际测量布置；由于综合管廊是地下空间结构，周边岩土的稳定性影响管廊结构的稳定性，没有考虑燃气舱内燃气***激发的轰击波对管廊周围岩土的影响。
发明内容
本发明实施例的主要目的在于提供一种城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验装置及方法，实现对城市管廊燃气***的精确模拟，达到模拟实验研究准确可靠，精确安全，可操作性强，可控性强，与实际情况相似度高的效果。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验装置，所述装置包括设置于钢筋混凝土外壳中的燃气舱、隔壁舱及二夹层结构分舱；
所述燃气舱与所述隔壁舱相邻，所述燃气舱内壁设置有多个冲击波测线吊钩及多个加速度传感器，所述冲击波测线吊钩用于固定冲击波压力传感器；
所述二夹层结构分舱设置于所述燃气舱之上，与所述燃气舱构成二夹层结构，所述二夹层结构分舱顶部设置有钢顶盖；
所述二夹层结构分舱与所述燃气舱之间设置有充气孔，所述充气孔用于向所述燃气舱内输送天然气。
可选的，在本发明一实施例中，所述装置还包括多个线缆转换孔，所述线缆转换孔设置于所述二夹层结构分舱与所述燃气舱之间，所述线缆转换孔内部设有螺纹，用于与所述冲击波压力传感器及数据传输线连接。
可选的，在本发明一实施例中，所述装置还包括设置于所述二夹层结构分舱与所述燃气舱之间的钢顶盖。
可选的，在本发明一实施例中，所述装置还包括浓度检测仪孔，所述浓度检测仪孔设置于所述燃气舱内，用于与浓度检测仪连接。
可选的，在本发明一实施例中，所述装置还包括压电智能骨料，所述压电智能骨料在所述钢筋混凝土外壳浇筑混凝土前埋入所述钢筋混凝土外壳内部。
可选的，在本发明一实施例中，所述冲击波压力传感器包括壁压式冲击波压力传感器及自由场冲击波压力传感器。
可选的，在本发明一实施例中，所述装置还包括天然气充气泵，所述天然气充气泵设置有压力表及泄压阀，所述天然气充气泵与所述充气孔连接。
可选的，在本发明一实施例中，所述装置还包括多个振动速度传感器，所述振动速度传感器设置于所述钢筋混凝土外壳周边，用于测量所述钢筋混凝土外壳周边的岩土振动。
可选的，在本发明一实施例中，所述装置还包括***，所述***通过起爆线与所述燃气舱连接。
本发明实施例还提供一种城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验方法，所述方法包括：向所述的城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验装置的燃气舱内充入天然气，通过天然气检测仪检测所述燃气舱中天然气浓度，当天然气浓度达到预设浓度时，引爆天然气，并利用装置内的加速度传感器及冲击波压力传感器采集实验数据。
本发明通过对城市管廊燃气***准确的模拟，可模拟出燃气***对管廊附属结构的影响，利用管廊结构损伤破坏程度以及对周边岩土稳定性的影响，实现对不同***条件下二夹层结构管廊燃气舱燃气***的研究，使得模拟实验具有准确可靠，精确安全，可操作性强，可控性强，与实际情况相似度高等特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验装置的侧视图；
图3为本发明实施例中城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验装置的加速度测量示意图；
图4为本发明实施例中城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验装置的***压力测量示意图；
图5为本发明实施例中城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验装置的压电智能骨料检测示意图；
图6为本发明实施例中城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验装置的周边岩土振动测量示意图。
附图标号：
1-燃气舱；
2-隔壁舱；
3-二夹层结构分舱；
4-钢顶盖；
5-充气孔；
6-线缆转换孔；
7-浓度检测仪孔；
8-钢筋混凝土外壳；
9-冲击波测线吊钩；
10-加速度传感器；
11-壁压式冲击波压力传感器；
12-自由场冲击波压力传感器；
13-压电智能骨料；
14-振动速度传感器；
15-覆土土体；
16-天然气爆源；
17-钢顶盖。
具体实施方式
本发明实施例提供一种城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验装置及方法。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明根据实际综合管廊结构，按照一定比例缩小管廊尺寸，开展带二夹层结构管廊燃气***模拟试验。如图1所示为本发明实施例一种城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验装置的结构示意图，图中所示装置包括设置于钢筋混凝土外壳8中的燃气舱1、隔壁舱2及二夹层结构分舱3。
其中，本发明管廊燃气舱的实验装置中燃气舱1相邻舱室为隔壁舱2，与燃气舱1构成二夹层结构的二夹层结构分舱3位于管廊上部，其中，二夹层为空的中空结构，与燃气舱和地面均有孔口连通。进一步的，一般燃气舱不会作为单舱形式出现，为研究燃气***对相邻舱室的影响程度，增加相邻舱室隔壁舱2，中间隔墙结构与实际管廊一致。隔壁舱室可以是水信舱，也可以是电舱，也可以是其它任意一种舱室，不影响燃气舱的实验内容。
燃气舱1与隔壁舱2相邻，燃气舱1内壁设置有多个冲击波测线吊钩9及多个加速度传感器10，如图3所示，所述冲击波测线吊钩9用于固定冲击波压力传感器11及12，如图4所示。其中，加速度传感器位于燃气舱侧壁，二夹层底面，及燃气舱顶板上面，均埋设于结构表面，与结构面齐平。固定冲击波压力传感器位于燃气舱顶板的下表面，及悬挂于燃气舱内。
其中，燃气舱1内通过冲击波测线吊钩9布置壁压式冲击波压力传感器11和自由场冲击波压力传感器12，监测燃气***产生的空气冲击波压力，研究其传播衰减规律。加速度传感器10设置在燃气舱1侧壁，测量燃气***后管廊侧壁结构的加速度。进一步的，二夹层结构分舱3侧壁上也设置有加速度传感器10。
二夹层结构分舱3设置于所述燃气舱1之上，与所述燃气舱1构成二夹层结构，所述二夹层结构分舱3顶部设置有钢顶盖4。
其中，钢顶盖4以及钢顶盖17用于模拟实际管廊中人员逃生口及进排风口，分别设置在燃气舱顶部和二夹层结构分舱顶部。
二夹层结构分舱3与所述燃气舱1之间设置有充气孔5，所述充气孔5用于向所述燃气舱1内输送天然气。
其中，燃气舱1中安装的充气孔直径为3～5cm，充气孔5与配备压力表及泄压阀的便携式天然气充气泵连接。
在进行管廊燃气舱的模拟***实验时，向燃气***模拟实验装置的燃气舱内充入天然气，通过天然气检测仪检测燃气舱中天然气浓度，当天然气浓度达到模拟***实验所需的预设浓度时，引爆天然气，并利用装置内的加速度传感器及冲击波压力传感器采集实验数据，由此完成模拟***实验。
作为本发明的一个实施例，所述装置还包括多个线缆转换孔6，所述线缆转换孔设置于所述二夹层结构分舱与所述燃气舱之间，所述线缆转换孔内部设有螺纹，用于与所述冲击波压力传感器及数据传输线连接。
在本实施例中，顺着燃气舱1均匀布置线缆转换孔6，线缆转换孔6直径为3～5mm，内置螺纹。具体的，通过线缆转换孔6，用数据传输线将壁压式冲击波压力传感器11和自由场冲击波压力传感器12的数据传输到外部电脑，通过数据传输线连接压电陶瓷数据采集仪，将加速度传感器10通过连接数据传输线连接至外部电脑。
作为本发明的一个实施例，装置还包括钢顶盖17，所述钢顶盖设置于所述二夹层结构分舱与所述燃气舱之间。
作为本发明的一个实施例，如图2所示，所述装置还包括浓度检测仪孔7，所述浓度检测仪孔7设置于所述燃气舱1内，用于与浓度检测仪连接。
在本实施例中，浓度检测仪孔7布置在管廊燃气舱侧壁，以便前期确定天然气与空气的混合比以及布线引爆装置。具体的，在浓度检测仪孔7由工作人员穿戴防护设备手持检测仪测量燃气舱天然气浓度，以达到试验条件。
作为本发明的一个实施例，如图5所示，所述装置还包括压电智能骨料13，所述压电智能骨料13在所述钢筋混凝土外壳8浇筑混凝土前埋入所述钢筋混凝土外壳8内部。
在本实施例中，压电智能骨料13于管廊实验模型的钢筋混凝土外壳8浇筑混凝土前预先埋入钢筋混凝土外壳8中，在下部燃气舱侧壁按设计位置分别布置压电智能骨料。其中，压电智能骨料13具备主动检测技术和被动检测技术的***。
作为本发明的一个实施例，如图4所示，所述冲击波压力传感器包括壁压式冲击波压力传感器11及自由场冲击波压力传感器12。
作为本发明的一个实施例，所述装置还包括天然气充气泵，所述天然气充气泵设置有压力表及泄压阀，所述天然气充气泵与所述充气孔5连接。
作为本发明的一个实施例，如图6所示，所述装置还包括多个振动速度传感器14，所述振动速度传感器14设置于所述钢筋混凝土外壳8周边，用于测量所述钢筋混凝土外壳周边的岩土振动。
在本实施例中，如图6所示，在进行管廊测试实验时，按实际管廊覆土土体15，在地表布置振动速度传感器14，监测燃气***激发地震波传动特性，研究周边岩土稳定性。
作为本发明的一个实施例，所述装置还包括***，所述***通过起爆线与所述燃气舱1连接。
在本实施例中，如图6所示，通过充气孔5充入天然气，形成天然气爆源16，利用浓度检测仪孔7测量燃气舱天然气浓度，以达到实验条件。具体的，通过操作***连接预先埋置的起爆线，同时准备无线遥控起爆装置，两者同时起爆，天然气爆源16被引爆。
此外，通过无人机录像设备，操作无人机拍摄记录管廊模型中燃气***的过程。操作电脑，记录模拟城市管廊燃气***动态响应实验数据。其中，无人机悬停在管廊模型上方，记录管廊燃气***时火焰喷出状况。
进一步的，本发明装置燃气舱1标准断面结构采用钢筋混凝土8，采用标准断面配筋。
本发明可用于模拟城市管廊燃气***动态响应的模型实验研究，用以研究不同***条件下(天然气浓度，***TNT当量)管廊结构的破坏形式和动态响应等的研究，整个模拟实验具有准确可靠，精确安全，可操作性强，可控性强，与实际情况相似度高等特点。
调节不同的浓度，可得到在不同的天然气浓度下发生***所产生的不同效果。管廊实验装置的结构按照实际的管廊进行缩比，有效保证了试验的相似性和可靠性；通过钢顶盖和钢顶盖将二夹层结构密封起来，可确保燃气舱密闭性，得到***试验用燃气浓度，保证试验的精度；预先埋置的压电智能骨料、预置的线缆转换孔让传感器的安装更加方便快捷，且不会轻易被损坏
按缩小比例制作管廊实验装置，采用相似理论分析其实验结果，可同步进行燃气***实验，节省实验投资成本和时间。实验装置中带有二夹层结构，可模拟燃气***对管廊附属结构的影响，根据管廊结构损伤破坏程度以及对周边岩土稳定性的影响，为综合管廊和附属结构重点部位的抗爆结构进行优化设计提供数据支撑。
本发明实施例还提供一种城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验方法，所述方法包括：向所述的城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验装置的燃气舱内充入天然气，通过天然气检测仪检测所述燃气舱中天然气浓度，当天然气浓度达到预设浓度时，引爆天然气，并利用装置内的加速度传感器及冲击波压力传感器采集实验数据。
在本实施例中，基于上述本发明管廊燃气舱燃气***实验模型，进行不同天然气浓度下的燃气***模拟实验。具体的，从装置充气孔充入天然气气体，在浓度检测仪孔监测气体浓度变化，当浓度达到实验值且稳定时，封闭充气孔和浓度检测仪孔，进行***实验。同时通过传感器监测实验数据。在实验过程中，可采用无人机监测***对管廊内部燃气***实验过程进行同步摄影监测。
本发明通过对城市管廊燃气***准确的模拟，可模拟出燃气***对管廊附属结构的影响，利用管廊结构损伤破坏程度以及对周边岩土稳定性的影响，实现对不同***条件下二夹层结构管廊燃气舱燃气***的研究，使得模拟实验具有准确可靠，精确安全，可操作性强，可控性强，与实际情况相似度高等特点。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验装置，其特征在于，所述装置包括设置于钢筋混凝土外壳中的燃气舱、隔壁舱及二夹层结构分舱，其中：
所述燃气舱与所述隔壁舱相邻，所述燃气舱内壁设置有多个冲击波测线吊钩及多个加速度传感器，所述冲击波测线吊钩用于固定冲击波压力传感器；
所述二夹层结构分舱设置于所述燃气舱之上，与所述燃气舱构成二夹层结构，所述二夹层结构分舱顶部设置有钢顶盖；
所述二夹层结构分舱与所述燃气舱之间设置有充气孔，所述充气孔用于向所述燃气舱内输送天然气。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括多个线缆转换孔，所述线缆转换孔设置于所述二夹层结构分舱与所述燃气舱之间，所述线缆转换孔内部设有螺纹，用于与所述冲击波压力传感器及数据传输线连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括设置于所述二夹层结构分舱与所述燃气舱之间的钢顶盖。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括浓度检测仪孔，所述浓度检测仪孔设置于所述燃气舱内，用于与浓度检测仪连接。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括压电智能骨料，所述压电智能骨料在所述钢筋混凝土外壳浇筑混凝土前埋入所述钢筋混凝土外壳内部。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冲击波压力传感器包括壁压式冲击波压力传感器及自由场冲击波压力传感器。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括天然气充气泵，所述天然气充气泵设置有压力表及泄压阀，所述天然气充气泵与所述充气孔连接。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括多个振动速度传感器，所述振动速度传感器设置于所述钢筋混凝土外壳周边，用于测量所述钢筋混凝土外壳周边的岩土振动。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括***，所述***通过起爆线与所述燃气舱连接。
10.一种城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验方法，其特征在于，所述方法包括：向权利要求1-9中任一权利要求所述的城市综合管廊燃气舱燃气***模拟实验装置的燃气舱内充入天然气，通过天然气检测仪检测所述燃气舱中天然气浓度，当天然气浓度达到预设浓度时，引爆天然气，并利用装置内的加速度传感器及冲击波压力传感器采集实验数据。
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