[0001] 本发明属于气体爆炸试验测试技术开发领域，涉及一种加强型全尺寸居民住宅结构燃气泄漏爆炸多参数试验测试平台及方法，可用于模拟真实民宅场景内燃气泄漏爆炸事故全过程，实现多点火源、多燃气种类、多泄压条件和多障碍环境下的燃气泄漏爆炸演化机理与致灾后果研究。该试验平台可以模拟居民户型，通过对试验平台的局部加强设计和耦合测试技术开发，实现高爆压、高拟真、多参数燃气爆炸重复试验测试。

[0002] 城市燃气泄漏爆炸事故频发，造成了严重的人员伤亡和财产损失，因此，开展事故分析和防控工作迫在眉睫。开展真实场景民宅全要素燃气爆炸试验是燃气爆炸事故机理与灾害传播演化的研究前提。大空间民居燃气泄漏爆炸试验平台能够准确获得爆炸事故数据，全面且真实反映典型居民住宅燃气泄漏爆炸场景，为进一步探究和明晰燃气泄漏‑点火起爆‑爆炸致灾全链条过程演变机理与特征提供基础。因此，发展大空间全域爆炸试验平台搭建技术具有重要意义。

[0003] 专利CN112345589A公开了一种缩尺燃气爆炸实验模拟平台，平台面积约为50m2。包括居民住宅试验平台、以及与计算机连接的浓度传感器、温度传感器、压力传感器、摄像装置；居民住宅试验平台内设有按照一定比例缩尺设计的卧室、卫生间、客厅和厨房功能区，布设有家具和厨具。本发明可实现真实民宅场景下燃气爆炸事故的模拟重现，还原燃气爆炸事故发生过程中压力、温度的变化。

[0004] 专利CN216792091U涉及一种缩尺燃气爆炸试验测试平台，平台面积约为40m2。包括房屋主体，具有容纳燃气的空腔，房屋主体一个侧面设置有观察窗，其顶部设置有泄爆口；影像记录系统，位于房屋主体外部，架设在观察窗的前方，用于记录燃气爆炸的过程；供气系统，位于房屋主体外部，通过管道与房屋主体内部连通，用于提供燃气；传感器监测系统，布设在房屋主体内不同位置，用于检测房屋主体内燃气的数据；平台通过房屋主体、影像记录系统、供气系统和传感器监测系统，模拟记录爆炸数据。

[0005] 现有的燃气泄漏爆炸模拟以小尺寸缩比试验平台发明居多，尺度上与真实民用住宅难以匹配。因此，已有的试验平台尺度及结构不具备代表性，由此获取的爆炸过程无法准确客观还原真实的燃气爆炸情况、爆炸规律无法准确反映事故本质。已有发明没有考虑到真实爆炸事故中建筑内部轻质墙体等构件的失效及其带来的破片灾害研究，有效难以指导城市燃气爆炸事故调查理论体系建设与建筑结构防爆抗爆设计。此外，现有的大尺度试验平台主要为普通的钢筋混凝土结构或钢结构，抗爆强度低，在多次爆炸试验冲击下容易发生破坏。因此，亟需提供一种加强型全尺寸居民住宅结构燃气泄漏爆炸多参数试验测试平台。

[0048] 下面结合具体实施例，进一步阐明本发明装置可实现的相关功能。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

[0049] 实施例

[0050] 参照图1，本实施例提供的加强型全尺寸居民住宅结构燃气泄漏爆炸多参数试验测试平台，包括房屋主体(1)、注气系统(2)、浓度测试系统(3)、温度测试系统(4)、压力测试系统(5)、图像采集系统(6)、破片测试系统(7)；

[0051] 房屋主体(1)整体外形呈矩形，具体地，尺寸为长14.15m、宽8.3m、高2.8m。房屋主体(1)由承重外墙(8)、外翻梁(9)、承重柱(10)通过钢筋连接而成。其中承重外墙(8)厚0.4m，抗爆压力为500kPa。外翻梁(9)高出承重外墙0.9m，在房屋主体长度方向尺寸0.4m，宽度方向尺寸0.6m，抗爆压力为500kPa。承重柱(10)边长0.85m，抗爆压力为1MPa。局部结构的加强设计保证房屋主体在多次爆炸冲击后保持结构完整。

[0052] 房屋主体(1)内通过厚0.2m，抗爆压力为50kPa的砖砌隔断墙(11)划分有六个功能分区。其中主卧(14)与次卧(15)尺寸均为长5.1m、宽3.5m、高2.8m。卫生间(16)尺寸为长3.15m、宽3.5m、高2.8m。客厅(17)尺寸为长5.1m、宽4.0m、高2.8m。餐厅及厨房(18)尺寸为长
5.1m、宽4.0m、高2.8m。代表典型居民住宅的结构布局，提供一个真实可靠的试验环境。

[0053] 房屋主体(1)在玄关外侧墙上设有一个进出门(12)，尺寸为长1.2m、高2.1m，材质为不锈钢，抗爆压力为40kPa。主卧(14)与次卧(15)内侧墙上设有进出门(12)，尺寸为长0.8m、高2.1m，材质为木头，抗爆压力为30kPa。卫生间(16)内侧墙上设有进出门(12)，尺寸为长0.6m、高2.1m，材质为木头，抗爆压力为30kPa。同时，在各功能分区外侧墙上分别开设有一个窗户(13)，其中卫生间(16)中窗户(13)尺寸为长1.0m、高1.4m，其余窗户(13)尺寸为长1.4m、高1.4m。窗户(13)中嵌入安装玻璃，其抗爆压力为20kPa。进出门(12)与窗户(13)上嵌入的玻璃均可根据测试需求改变材质和厚度，从而调节相应的强度，便于多次试验和多种工况之间进行对比。且隔断墙(11)、进出门(12)与窗户(13)均采用装配式结构与房屋主体(1)连接，便于安装与拆卸。一次试验结束后，可以快速替换安装，保证整个试验平台的可重复利用性，节约成本，提高试验平台的广泛适用性及试验测试的效率。

[0054] 参照图2，该实施例中，房屋主体(1)内各功能分区按居民住宅内典型家具布置附3
属设施。主卧(14)与次卧(15)均布置有床、床头柜、衣柜，附属设施总体积为3.4m ，床置于靠近窗户的位置，床头柜置于床的两侧，衣柜置于靠近门的一侧。卫生间(16)布置有洗手
3
台、马桶、热水器，附属设施总体积为0.5m，洗手台置于靠近门一侧的角落，马桶置于靠近窗户的位置，热水器置于马桶一侧的角落上方。客厅(17)内布置有沙发、茶几、电视柜，附属
3
设施总体积为2.7m ，沙发摆放在靠墙一侧中央位置，茶几置于沙发前方，电视柜置于沙发对侧墙边中间。餐厅及厨房(18)内布置有餐桌椅、冰箱、吊柜、燃气灶、操作台，附属设施总
3
体积为2.3m ，餐厅内餐桌椅置于中央位置，冰箱置于角落。厨房内橱柜为一字型设计，布置在靠窗一侧，包括灶台与操作台，橱柜上方布置有吊柜。保留居民住宅内典型附属设施并合理布置，保证试验平台内的阻塞率，同时高度还原居民住宅内部真是场景，用于提高燃气泄漏爆炸试验结果的准确性与可靠性。

[0055] 上述实施例提供的加强型大空间全尺寸典型居民住宅结构燃气泄漏爆炸试验方法，

[0056] S1、确定附属设施材质与尺寸，按照居民住宅典型布局在各功能分区进行布置安装，

[0057] S2、确定好房屋主体(1)内外需要的浓度测试系统(3)、温度测试系统(4)、压力测试系统(5)、图像采集系统(6)、破片测试系统(7)的数量与布置位置，做好各系统的安装固定以及连接，

[0058] S3、关闭房屋主体的进出门(12)与窗户(13)，确保内部密封性优良，保证全封闭试验空间，

[0059] S4、通过房屋主体外注气系统(2)的气瓶向屋内连续注入可燃气体，由气体浓度传感器(3)进行监测，使房屋主体内达到预定的气体浓度，停止注气，

[0060] S5、在预定点火位置处进行起爆，同时各测试系统工作，图像采集系统(6)记录燃气爆炸过程及相关参数数据，

[0061] S6、试验结束后，储存好相关数据，对实验后的现场痕迹进行拍照记录，收集建筑构配件的破片并测量破片的尺寸、质量以及相应的抛散距离。

[0062] 对比例

[0063] 为了对比评估加强型大空间全尺寸典型居民住宅结构燃气泄漏爆炸试验平台结构的抗爆性能与设计的合理性，进行了全尺寸数值模拟。

[0064] 利用FLACS前处理模块构建了1：1全尺寸物理模型，具体各结构尺寸与实施例中相同。在房屋主体墙壁内侧设置相应测点，水平观测面高度为1.4m，以准确监测关键位置的爆炸超压时程演化曲线及其峰值大小。在开始仿真前，设置边界及初始条件。环境初始压力和5
初始温度分别设定为1.01325×10Pa和293K，特征风速为0.1m/s，考虑实体对爆炸压力波的反射作用，引入EULER边界条件。为保证点火起爆前充气域处于稳定状态，点火延迟时间为0.05s。房屋主体内的具有固定开启功能的进出门与窗户构件均被设置为PRESSURE_RELIEF_PANELS边界，其中进出门开启压力设置为20kPa，窗户开启压力设置为5kPa，当泄压板两侧环境中的爆炸压力差大于设定的开启压力时，泄压板会自动失效。

[0065] 设置计算域区域，对计算域进行网格划分，经过网格独立性验证后，本模拟选用0.1m网格进行计算。设置房屋主体内均匀充满了甲烷‑空气混合物，且处于当量浓度。点火源位置位于厨房内灶具附近，离地高度0.8m。综合上述参数设置，开展数值计算。

[0066] 参照图3，房屋主体内全部充满当量浓度天然气的情况下，整个泄爆过程在1s内完成。爆炸冲击波从点火源位置迅速向四周传播，达到泄压构件开启压力后，冲击波继续向屋内传播。房屋主体的承重外墙与隔断墙承受较大的爆炸超压。参照图4，房屋主体内各功能分区关键位置处均在750ms左右达到峰值。其中主卧最大爆炸超压为141kPa，次卧最大爆炸超压为130kPa，卫生间最大爆炸超压为128kPa，客厅最大爆炸超压为112kPa，餐厅及厨房最大爆炸超压为123kPa。

[0067] 对比实施例中试验平台承重结构的加强设计与抗爆压力，证明试验平台承重结构可以承受内部气体爆炸产生的爆炸超压冲击，实现保证试验平台抗爆性能强、试验后房屋主体结构保持完整牢固、可重复试验使用的目的。对比实施例中试验平台砖砌隔断墙及进出门和窗户的抗爆压力，证明在内部气体爆炸冲击波的作用下，构件会产生一定方向的倒塌破坏，实现试验平台用以研究气体爆炸冲击下墙体破坏响应及破片抛散过程的目的。

[0068] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。