抗爆裝甲門(mén)的程序化設(shè)計(jì)

張建軍 侯斯婕 高 飛 馬素鵬 高小勤

(1.中國(guó)兵器工業(yè)規(guī)劃研究院，北京 100053；2.北京興國(guó)環(huán)球認(rèn)證有限公司，北京 100068； 3.北京北方空間建筑科技股份有限公司，北京 100013)

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抗爆裝甲門(mén)的程序化設(shè)計(jì)

馬素鵬(1975- )，女，工程師； 高小勤(1982- )，男，工程師

張建軍1侯斯婕1高 飛1馬素鵬2高小勤3

(1.中國(guó)兵器工業(yè)規(guī)劃研究院，北京 100053；2.北京興國(guó)環(huán)球認(rèn)證有限公司，北京 100068； 3.北京北方空間建筑科技股份有限公司，北京 100013)

介紹了抗爆間室和抗爆裝甲門(mén)的受力特點(diǎn)，并以具體工程為例，闡述了裝甲防護(hù)門(mén)的計(jì)算及程序化設(shè)計(jì)方法，指出利用VB編程計(jì)算抗爆裝甲門(mén)能較快捷的進(jìn)行裝甲門(mén)型號(hào)的選擇設(shè)計(jì)。

抗爆裝甲門(mén)，抗爆間室，平均沖量，程序化設(shè)計(jì)

0 引言

因《抗爆間室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定》重新修訂，改為規(guī)范，且手算比較復(fù)雜，急需開(kāi)發(fā)出相關(guān)軟件。然而現(xiàn)在的民爆行業(yè)，此類研究還不多，相關(guān)方面理論研究需要更新。因此利用VB程序編程，開(kāi)發(fā)抗爆裝甲門(mén)計(jì)算，需要依據(jù)抗爆間室的類型、抗爆間室的設(shè)防等級(jí)等參數(shù)計(jì)算沖量，以此為前提，反復(fù)計(jì)算沖擊波的作用等效時(shí)間及抗爆裝甲門(mén)的等效靜載。只有兩者同時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求，計(jì)算結(jié)果才有效。如果開(kāi)發(fā)出軟件，只要輸入前處理的幾個(gè)前提條件，很方便的就能得出結(jié)果，計(jì)算結(jié)果也能打印出計(jì)算書(shū)。

1 抗爆間室和抗爆裝甲門(mén)受力特點(diǎn)

抗爆間室內(nèi)的爆炸為化學(xué)爆炸。其化學(xué)反應(yīng)表現(xiàn)為產(chǎn)生大量能量，短期釋放，產(chǎn)生壓力波?？贡g室和抗爆裝甲門(mén)的受力特點(diǎn)為[1-3]：

1)抗爆間室內(nèi)炸藥爆炸頻率高；2)抗爆裝甲門(mén)承受墻面及頂板的約束使沖擊波產(chǎn)生反復(fù)反射，從而增大了墻面的沖量；3)爆炸空氣沖擊波作用在抗爆裝甲門(mén)上的平均沖量是根據(jù)試驗(yàn)局部區(qū)域沖量的結(jié)果而提出的。

2 裝甲防護(hù)門(mén)的計(jì)算及程序化設(shè)計(jì)分析

抗爆裝甲門(mén)計(jì)算，需要依據(jù)抗爆間室的類型、抗爆間室的設(shè)防等級(jí)等參數(shù)計(jì)算沖量。抗爆間內(nèi)及性能試驗(yàn)塔爆炸空氣沖擊波作用在抗爆裝甲門(mén)上的平均沖量是根據(jù)試驗(yàn)局部區(qū)域沖量的結(jié)果而提出的。抗爆間室墻面及頂板的約束使沖擊波產(chǎn)生反復(fù)反射，從而增大了墻面的沖量。以此為前提，反復(fù)計(jì)算沖擊波的作用等效時(shí)間及抗爆裝甲門(mén)的等效靜載。

抗爆門(mén)設(shè)計(jì)應(yīng)能抵抗抗爆間室爆炸產(chǎn)生的空氣沖擊波的整體破壞和破片的局部破壞作用。抗爆間室爆炸空氣沖擊波作用在抗爆門(mén)上的平均沖量，可按下列公式計(jì)算[5]：

當(dāng)R≥20r0時(shí)：

(1)

當(dāng)R<20r0時(shí):

(2)

其中，im為作用于門(mén)面上的平均沖量,N·s/mm2；km為系數(shù)，對(duì)于重蓋間室取1.0×10-3，對(duì)于輕蓋間室取0.6×10-3；R為爆心至門(mén)面中心的距離，m；r0為裝藥半徑，取0.053Q1/3；α為爆心與門(mén)面中心的連線和爆心與門(mén)所在墻面的垂直線的夾角；Q為設(shè)計(jì)藥量，kg。

空氣沖擊波正壓作用于抗爆門(mén)面上的等效時(shí)間可按下式計(jì)算：

其中，t為空氣沖擊波正壓作用于抗爆門(mén)面上的等效時(shí)間，s;kt為系數(shù)，對(duì)于重蓋間室取2.7，對(duì)于輕蓋間室取1.8。

在空氣沖擊波作用下，對(duì)抗爆門(mén)產(chǎn)生的等效靜載可按下列公式計(jì)算[5]：

當(dāng)t≤T/2時(shí)：

q=imωε

(3)

(4)

當(dāng)t>T/2時(shí)：

(5)

其中，q為等效靜載，N/mm2；ω為門(mén)的自振圓頻率，1/s；T為門(mén)的自振周期,s,取2π/ω；ε為系數(shù)；im為作用在門(mén)面上的平均沖量，N·s/mm2。

通過(guò)以上公式可知抗爆裝甲門(mén)計(jì)算以抗爆門(mén)上的平均沖量為前提，需要反復(fù)計(jì)算沖擊波的作用等效時(shí)間及抗爆裝甲門(mén)的等效靜載。只有兩者同時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求，計(jì)算結(jié)果才有效。現(xiàn)結(jié)合相關(guān)計(jì)算公式利用程序開(kāi)發(fā)出相關(guān)軟件，只要輸入前處理的幾個(gè)前提條件，很方便的就能得出結(jié)果。

3 計(jì)算結(jié)果及分析

通過(guò)VB編程計(jì)算抗爆裝甲門(mén)承受炸藥荷載作用，并轉(zhuǎn)化為抗爆裝甲門(mén)承受的等效靜載。依據(jù)抗爆裝甲門(mén)承受的等效靜載，對(duì)抗爆裝甲門(mén)選擇相應(yīng)的型號(hào)，并指導(dǎo)抗爆裝甲門(mén)的安裝。

程序的計(jì)算過(guò)程為通過(guò)VB程序輸入設(shè)計(jì)藥量(TNT當(dāng)量)、設(shè)防等級(jí)、藥心位置等技術(shù)參數(shù)，已編制的VB程序自動(dòng)計(jì)算，并通過(guò)計(jì)算出的等效靜載與假設(shè)靜載復(fù)核，初始計(jì)算結(jié)果經(jīng)常不滿足要求，再依據(jù)已經(jīng)計(jì)算出的等效靜載代入計(jì)算，反復(fù)復(fù)核，從中選出最優(yōu)的計(jì)算結(jié)果。

以河北某化工廠的延期藥生產(chǎn)工房為例，工程地上1層,建筑物總長(zhǎng)53 m，總寬18.4 m，建筑高度4.6 m；建筑結(jié)構(gòu)類型:框架結(jié)構(gòu)，部分工序?yàn)槲ｋU(xiǎn)工序，設(shè)計(jì)抗爆間室?？贡g室為現(xiàn)澆鋼筋混凝土抗爆結(jié)構(gòu)，設(shè)防等級(jí)為三級(jí)。墻體及屋蓋鋼筋混凝土厚度均為300 mm，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，抗爆間室外為無(wú)蓋抗爆屏院?？贡g室中墻設(shè)置抗爆裝甲門(mén)。設(shè)計(jì)要求：1)抗爆結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30；2)抗爆間室(含抗爆屏院)的藥量均為6.0 kg的設(shè)計(jì)藥量(TNT當(dāng)量)，設(shè)防等級(jí)均為三級(jí)。通過(guò)輸入設(shè)計(jì)藥量、設(shè)防等級(jí)、爆心位置等計(jì)算參數(shù)，很方便的得出計(jì)算結(jié)果為1 000 kPa/m2。

4 結(jié)語(yǔ)

1)抗爆裝甲門(mén)上通過(guò)計(jì)算平均沖量計(jì)算等效靜載；

2)抗爆裝甲門(mén)承受墻面及頂板的約束使沖擊波產(chǎn)生反復(fù)反射，等效靜載較大；

3)利用VB編程計(jì)算抗爆裝甲門(mén)能較快捷的進(jìn)行裝甲門(mén)型號(hào)選型設(shè)計(jì)。

[1] GB 50089—2007，民用爆破器材工程設(shè)計(jì)安全規(guī)范[S].

[2] 程國(guó)防,張建軍，王春芝.抗爆間室的抗爆設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2012，38(19)：39-40.

[3] 王澤溥,鄭志良.爆炸及其防護(hù)[M].北京：兵器工業(yè)出版社,2008.

[4] 郭萬(wàn)東,張建軍，張 盟，等.抗內(nèi)爆炸間的墻身經(jīng)濟(jì)性分析[J].山西建筑,2014，40(23)：51-53.

[5] GB 50907—2013，抗爆間室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

The program design of blast resistant armored door

Zhang Jianjun1Hou Sijie1Gao Fei1Ma Supeng2Gao Xiaoqin3

(1.ChinaOrdnanceIndustryPlanningandResearchInstitute,Beijing100053,China; 2.BeijingXingguoGlobalCertificationLimitedCompany,Beijing100068,China; 3.BeijingNorthSpaceConstructionScienceandTechnologiesLimitedCompanybyShare,Beijing100013,China)

This paper introduced the force characteristics of blast resistant chamber and blast resistant armored door, taking specific engineering as an example, elaborated the calculation and program design method of armored protection door, pointed out that using VB programming and calculation of blast resistant armored door could convenient made selection and design of armored door model.

blast resistant armored door, blast resistant chamber, average impulse, program design

1009-6825(2016)27-0031-02

2016-07-13

張建軍(1978- )，男，高級(jí)工程師； 侯斯婕(1983- )，女，工程師； 高 飛(1981- )，男，工程師；

TU352.13

A