[發明專利]一種可用于防爆墻/抗爆板的壓型鋼板的結構設計方法

有效

• 申請號: 201810950514.1
• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN108978930B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 周世光;俞海洪;張劍;范凌峰
• 申請（專利權）人: 中石化上海工程有限公司;中石化煉化工程（集團）股份有限公司
• 主分類號: E04B2/00
• 分類號: E04B2/00;E04H9/10
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 嚴羅一

本發明屬于防爆、抗爆工程技術領域，涉及一種可用于防爆墻/抗爆板的壓型鋼板的結構設計方法，主要包括以下步驟：根據抗爆沖擊設防要求以及防爆墻/抗爆板支承條件，確定壓型鋼板的尺寸；根據所述壓型鋼板的尺寸與設防荷載，在所述壓型鋼板的波峰頂的下側凹陷和/或波谷底的上側凹陷內焊接填充加固鋼材；并且，在所有波峰頂組成的平面上焊接垂直于所有波峰頂的若干根連通加固條，和/或在所有波谷底組成的平面上焊接垂直于所有波谷底的若干根連通加固條。該結構設計方法能夠使得壓型鋼板所構成的防爆墻/抗爆板的抗爆性能得到大幅度提高，為處于其后方的人、物提供更安全的庇護，最終減少傷亡事故的發生，因此，本發明的應用前景非常廣闊。

技術領域

本發明屬于防爆、抗爆工程技術領域，特別涉及一種可用于防爆墻/抗爆板的壓型鋼板的結構設計方法。

背景技術

近10年來，安全生產中意外爆炸問題以及恐怖主義的炸彈襲擊等問題愈發頻繁，人們對安全的需求也越來越迫切，人們都希望自己能有一個安全的生活、工作環境。因此，非軍用領域的防爆墻/抗爆板也借此機會得到一定的發展。

目前，國內外常見的防爆墻/抗爆板大多以鋼筋混凝土材料為主，對于承受荷載較小的抗爆構件，也可以使用配筋砌體作為結構材料。對于防爆墻/抗爆板的研究，目前主要集中在鋼筋混凝土以及砌體方面。但隨著社會的日益發展，鋼結構的防爆墻/抗爆板也開始得到了應用。例如，美國土木工程師協會于2010年出版的《DesignofBlast-ResistantBuildingsinPetrochemicalFacilities(SecondEdition)》已經展示了鋼材作為防爆墻/抗爆板的應用。該鋼結構的防爆墻/抗爆板利用壓型鋼板作為抗爆結構基礎構件，其中的壓型鋼板形狀與常規壓型鋼板相近，但其厚度根據構件跨度、支承條件、沖擊荷載大小等因素綜合確定，一般為4～12mm，可見其厚度比常規非抗爆情況下所用的壓型鋼板要厚。采用這種設計，主要是考慮到壓型鋼板是一種常見的建筑結構材料，其具有單位重量輕、強度高、抗震性能好、施工快速等特點，因此，其在建筑結構外墻、樓面板、屋面板中已經得到了廣泛的應用，且工程技術成熟。

由于爆炸為偶然工況，發生概率極低，所以國內、外進行抗爆設計時，一般允許抗爆構件進入塑性狀態，主要控制構件的最大位移以及延性比。當我們按規范、手冊進行抗爆計算時，只需要得到構件截面的抵抗矩W，質量m，材料屈服強度fy以及支承情況，就可以進行工程抗爆設計。在整個公式計算過程中，慣性矩I和抵抗矩W均保持不變，對于一般的鋼筋混凝土墻體、砌塊以及有一定厚度的型鋼而言，這一假定基本能符合實際情況，然而，對于壓型鋼板而言，在整個爆炸沖擊過程中，這一假定并不完全成立。這是因為，一般情況下，爆炸發生后，沖擊波在無限自由空間內，以球面波的形式向外擴散傳播，當其到達抗爆掩體不同高度、不同位置各點時總存在一個時間差，而且在沖擊波實際傳播過程中，也會遇到障礙物(如地面反射、遮擋物繞射等)，從而更難以保證波陣面同時到達抗爆掩體各點。雖然，對于普通矩形橫斷面的防爆墻/抗爆板或其他常見斷面型鋼而言，這個時間差不會造成太大影響，但是對于直接以壓型鋼板為抗爆構件的墻、板而言，卻必然會帶來不利的影響，這個時間差造成如圖1所示的變形，使得最先接觸沖擊作用的區域，截面慣性矩I、截面抵抗矩W變小，出現穩定破壞；實際工程應用中，如果忽略了這一點而進行抗爆設計，則是不安全的。

此外，同樣由于沖擊波以超壓形式向外傳播，其波陣面壓強遠大于標準大氣壓，所以根據壓強作用特點，大多數時刻，壓型鋼板位于波峰、波谷之間的腹板雖然在幾何上處于軸對稱狀態，但其受到的沖擊壓強大小以及沖擊波到達、持續作用時間都存在一定差值，這就造成了其會發生如圖2所示側向失穩變形情況，該側向穩定的失效，會對截面慣性矩I、截面抵抗矩W產生不利影響，并最終降低防爆墻/抗爆板的承載能力。

近年來，在我國安全生產問題越來越得到重視，各項要求也愈發嚴格。工業生產中，爆炸時有發生，嚴重威脅人員的生命安全。因此，本領域工程技術人員迫切需要尋求并研發出一種有效方法以克服上述失穩破壞，并利于防爆墻/抗爆板能夠更好地發揮其截面承載力，從而提供更好的安全防護性能。

發明內容