[发明专利]一种可用于防爆墙/抗爆板的压型钢板的结构设计方法

说明书

本发明属于防爆、抗爆工程技术领域，涉及一种可用于防爆墙/抗爆板的压型钢板的结构设计方法，主要包括以下步骤：根据抗爆冲击设防要求以及防爆墙/抗爆板支承条件，确定压型钢板的尺寸；根据所述压型钢板的尺寸与设防荷载，在所述压型钢板的波峰顶的下侧凹陷和/或波谷底的上侧凹陷内焊接填充加固钢材；并且，在所有波峰顶组成的平面上焊接垂直于所有波峰顶的若干根连通加固条，和/或在所有波谷底组成的平面上焊接垂直于所有波谷底的若干根连通加固条。该结构设计方法能够使得压型钢板所构成的防爆墙/抗爆板的抗爆性能得到大幅度提高，为处于其后方的人、物提供更安全的庇护，最终减少伤亡事故的发生，因此，本发明的应用前景非常广阔。

技术领域

本发明属于防爆、抗爆工程技术领域，特别涉及一种可用于防爆墙/抗爆板的压型钢板的结构设计方法。

背景技术

近10年来，安全生产中意外爆炸问题以及恐怖主义的炸弹袭击等问题愈发频繁，人们对安全的需求也越来越迫切，人们都希望自己能有一个安全的生活、工作环境。因此，非军用领域的防爆墙/抗爆板也借此机会得到一定的发展。

目前，国内外常见的防爆墙/抗爆板大多以钢筋混凝土材料为主，对于承受荷载较小的抗爆构件，也可以使用配筋砌体作为结构材料。对于防爆墙/抗爆板的研究，目前主要集中在钢筋混凝土以及砌体方面。但随着社会的日益发展，钢结构的防爆墙/抗爆板也开始得到了应用。例如，美国土木工程师协会于2010年出版的《DesignofBlast-ResistantBuildingsinPetrochemicalFacilities(SecondEdition)》已经展示了钢材作为防爆墙/抗爆板的应用。该钢结构的防爆墙/抗爆板利用压型钢板作为抗爆结构基础构件，其中的压型钢板形状与常规压型钢板相近，但其厚度根据构件跨度、支承条件、冲击荷载大小等因素综合确定，一般为4～12mm，可见其厚度比常规非抗爆情况下所用的压型钢板要厚。采用这种设计，主要是考虑到压型钢板是一种常见的建筑结构材料，其具有单位重量轻、强度高、抗震性能好、施工快速等特点，因此，其在建筑结构外墙、楼面板、屋面板中已经得到了广泛的应用，且工程技术成熟。

由于爆炸为偶然工况，发生概率极低，所以国内、外进行抗爆设计时，一般允许抗爆构件进入塑性状态，主要控制构件的最大位移以及延性比。当我们按规范、手册进行抗爆计算时，只需要得到构件截面的抵抗矩W，质量m，材料屈服强度fy以及支承情况，就可以进行工程抗爆设计。在整个公式计算过程中，惯性矩I和抵抗矩W均保持不变，对于一般的钢筋混凝土墙体、砌块以及有一定厚度的型钢而言，这一假定基本能符合实际情况，然而，对于压型钢板而言，在整个爆炸冲击过程中，这一假定并不完全成立。这是因为，一般情况下，爆炸发生后，冲击波在无限自由空间内，以球面波的形式向外扩散传播，当其到达抗爆掩体不同高度、不同位置各点时总存在一个时间差，而且在冲击波实际传播过程中，也会遇到障碍物(如地面反射、遮挡物绕射等)，从而更难以保证波阵面同时到达抗爆掩体各点。虽然，对于普通矩形横断面的防爆墙/抗爆板或其他常见断面型钢而言，这个时间差不会造成太大影响，但是对于直接以压型钢板为抗爆构件的墙、板而言，却必然会带来不利的影响，这个时间差造成如图1所示的变形，使得最先接触冲击作用的区域，截面惯性矩I、截面抵抗矩W变小，出现稳定破坏；实际工程应用中，如果忽略了这一点而进行抗爆设计，则是不安全的。

此外，同样由于冲击波以超压形式向外传播，其波阵面压强远大于标准大气压，所以根据压强作用特点，大多数时刻，压型钢板位于波峰、波谷之间的腹板虽然在几何上处于轴对称状态，但其受到的冲击压强大小以及冲击波到达、持续作用时间都存在一定差值，这就造成了其会发生如图2所示侧向失稳变形情况，该侧向稳定的失效，会对截面惯性矩I、截面抵抗矩W产生不利影响，并最终降低防爆墙/抗爆板的承载能力。

近年来，在我国安全生产问题越来越得到重视，各项要求也愈发严格。工业生产中，爆炸时有发生，严重威胁人员的生命安全。因此，本领域工程技术人员迫切需要寻求并研发出一种有效方法以克服上述失稳破坏，并利于防爆墙/抗爆板能够更好地发挥其截面承载力，从而提供更好的安全防护性能。

发明内容