专利名称：多层复合结构防爆墙的设计方法
技术领域：
本发明多层复合防爆墙的设计方法属于建筑安全防爆领域。不仅涉及到爆炸冲击理论及应用，而且也是建筑防爆工程的实际应用技术。
背景技术：
防爆安全对火工品生产企业、重要的军事设施以及驻外使馆是非常重要的环节，也是当前世界各国所关注的一个研究领域。为了降低因意外爆炸事件所造成的人员伤亡以及其它损失，根据《建筑结构可靠性统一标准》，在火工品生产企业和使馆等重要建筑设施需要设置由钢筋混凝土构筑的防爆墙，将有爆炸危险区域和其它区域分隔开。当炸药爆炸时，对建筑物所产生的破坏作用主要有两种爆炸冲击波和飞片。当在建筑物附近或者是内部发生近距离爆炸时，爆炸冲击波和破碎的弹片共同作用于混凝土墙壁。实验表明，爆炸冲击对单层防爆墙体的宏观破坏主要表现为混凝土材料层裂、局部破碎和飞散，还有另外一种破坏作用就是爆炸冲击波可以透射穿过墙体，它所造成的空气超压可以导致防爆墙后面其它目标的破坏和人员的伤害，而且爆炸冲击波透射通过防爆墙的危害作用也往往被忽视。传统的单层防爆墙对爆炸冲击波的衰减能力是非常有限的，并且也没有具体实验测试方案对其抗爆性能指标进行有效地评估，因此也无法对防爆墙的抗爆能力进行量化。为了降低爆炸冲击对建筑设施的破坏程度以及对人员的伤害，提高防爆墙的抗爆能力是非常重要的，通常防爆墙的设计方案是增加混凝土墙体厚度和优化钢筋配置，由于混凝土是一种脆性材料，单纯依靠增加墙体厚度来提高防爆能力并不是最好的方案，尽管防爆墙整体结构强度得到提高，但是对爆炸冲击波强度的衰减能力却很有限，并且施工成本也会相对增加很多。
发明内容
本发明目的是为了克服传统单层混凝土防爆墙的缺陷，通过在混凝土墙体中间添加多孔材料构筑多层复合防爆墙。多层复合防爆墙不仅能够保持足够强度抵抗爆炸冲击载荷的破坏，防止墙体结构的破碎和飞散，而且能够利用多孔材料吸收和衰减爆炸冲击波透射通过墙体的能量，最终目的是降低因意外爆炸事件对建筑设施的破坏程度和人员伤亡的几率。
本发明的技术方案是在混凝土墙体中间添加一层或三层多孔材料构筑多层复合防爆墙，由于多孔材料具有材质软、密度低和缓冲吸能等特点，对爆炸冲击波的衰减作用比其它材料具有更出色的性能。在爆炸冲击载荷作用下，多孔材料产生很大的压缩变形能够有效地卸载冲击载荷的强度和吸收爆炸冲击波部分能量，从而减少了对建筑物的破坏程度和人员伤亡的几率。为了降低防爆墙的成本，多孔材料可以选择发泡混凝土、硬质多孔聚氨酯或其它轻质多孔高分子材料。根据防爆墙能够抵御爆炸冲击能量级别的设计要求，在爆炸冲击数值计算和实验测试数据的基础上，设计多孔材料的类型、密度、尺度和防爆墙的复合结构层数，选择防爆墙结构的总层数为“混凝土-多孔材料-混凝土”三层结构或“混凝土-发泡混凝土-多孔聚氨酯-发泡混凝土-混凝土”五层结构两种形式，多孔材料层厚度设计为防爆墙体总厚度的50-70％，选择多孔材料的密度在200-500Kg.m-3之间。
本发明的效果和益处是多层复合结构防爆墙的设计方法不仅能够抵御爆炸碎片的高速冲击，而且也可以使爆炸冲击波的能量在多层介质中逐层衰减，有效地降低爆炸冲击波透射强度，从而减少整个墙体结构的破坏程度和人员伤害。设计科学、高效和低成本的多层复合防爆墙，不仅是对建筑安全防爆理论的深入研究，而且也具有实际的工程应用价值。
附图1是三层复合防爆墙结构剖面示意图。
图中1混凝土层，2硬质多孔聚氨酯层，3混凝土层。
附图2是五层防爆墙结构剖面示意图。
图中1混凝土层，2发泡混凝土层，3硬质多孔聚氨酯层，4发泡混凝土层，5混凝土层。
具体实施例方式
以下结合技术方案和附图，详细叙述多层复合防爆墙结构的设计方法和具体实施步骤。
根据防爆墙能够抵御爆炸冲击能量级别的设计要求，并基于爆炸冲击的理论计算和实验测试确定多层防爆墙体的材料、层数和各层厚度比等参数，并对结构进行优化设计。对小于100公斤的TNT炸药距离爆炸中心20米半径范围内的近场爆炸事件可以选择混凝土-多孔材料-混凝土三层防爆墙结构形式，多孔材料层选择硬质多孔聚氨酯，密度在200-500Kg.m-3之间，设计厚度为整个墙体尺寸的50％。对炸药重量超过100公斤以上，则选择混凝土-发泡混凝土-多孔聚氨酯-发泡混凝土-混凝土五层复合防爆墙结构，和三层相比，多孔材料层卸载爆炸冲击能力必须加强，多孔材料层的设计厚度需要增加10-20％，防爆墙中的混凝土层按照国标设计和构筑。除了通过理论计算对多层复合防爆墙结构进行优化设计外，在防爆墙施工和交付使用前，按照实际比例构造防爆墙体模型，在各层材料的分界面处贴PVDF压电薄膜传感器，应用高速动态测试仪对其进行爆炸冲击破坏性实验，测量墙体各项抗爆性能指标。
权利要求
1.一种多层复合结构防爆墙的设计方法，其特征是墙体采用多层复合结构，防爆墙结构的总层数为“混凝土-多孔材料-混凝土”三层结构或“混凝土-发泡混凝土-多孔材料-发泡混凝土-混凝土”五层结构两种形式。
2.根据权利要求1所述的一种多层复合结构防爆墙的设计方法，其特征是多孔材料为发泡混凝土、硬质多孔聚氨酯，材料密度为200-500Kg.m-3，多孔材料层厚度为墙体总厚度的50-70％。
全文摘要
本发明多层复合结构防爆墙的设计方法属于安全防爆领域用相结合的技术，涉及爆炸冲击理论计算和实验测试研究。其特征是多层复合防爆墙是在混凝土墙体中间添加发泡混凝土、硬质多孔聚氨酯或其它高分子多孔材料。与传统的防爆墙相比，墙体结构采用三层或五层复合形式。根据防爆墙可以抵抗爆炸冲击能量的设计要求，基于理论计算和实验测试对防爆墙的结构进行优化设计，包括防爆墙层数、各层材料的厚度比以及多孔材料的选择。其效果和益处是当发生近距离爆炸事件时，既可保证防爆墙的整体结构强度，抵御高速冲击破坏，又能有效地衰减爆炸冲击波能量，也是对建筑安全防爆技术进一步拓展。
文档编号E04B2/00GK1687543SQ20051004630
公开日2005年10月26日 申请日期2005年4月22日 优先权日2005年4月22日
发明者王宇新, 顾元宪, 孙明 申请人:大连理工大学