一种地下人防工程抗核爆模拟实验系统及实验方法与流程

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种地下人防工程抗核爆模拟实验系统和实验方法。

背景技术：

如何才能使人防工程较大的跨度与较高的抗力有机地统一起来呢？预应力混凝土技术为此提供了一种可能。但是，由于抗爆结构较一般建筑结构更加复杂和特殊，长期以来人们一直不敢将预应力混凝土结构用于人防工程，预应力混凝土结构抗爆炸和冲击等强动载的性能尚不清楚，因此，急需一种地下人防工程抗核爆模拟实验系统及实验方法，以验证预应力混凝土结构抗爆炸和冲击等强动载的性能。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种地下人防工程抗核爆模拟实验系统和实验方法，通过对预应力混凝土结构在强动载作用下的性能特别是抗爆性能的研究，找到选取适合于人防工程的预应力混凝土结构形式和参数选取范围。

本发明通过下述技术方案来实现：

一种地下人防工程抗核爆模拟实验系统，包括位于地表以下预先挖出的基坑、预制测试构件、压力监测系统、位移监测系统、核爆模拟加载装置。

基坑呈矩形。在基坑底部、沿长度方向的侧壁和沿宽度方向的侧壁处分别用混凝土浇筑底板、侧墙和边墙。预制测试构件的两端放置在边墙的上部。预制测试构件的两侧设有辅助板。辅助板的两端放置在边墙的上部。辅助板整体覆盖在侧墙上部。

在预制测试构件和辅助板的上部设有回填土层。

核爆模拟加载装置包括：位于回填土层上部的爆腔，位于爆腔内的装药，位于爆腔上部的覆土层，起爆网络，以及位于地表的起爆装置。爆腔为一个四周侧壁钢板和顶盖钢板构成的装药空间。

压力监测系统包括：多个结构压力传感器、多个爆腔空压压力传感器、多个应变片、以及与压力传感器和应变片连接的数据采集仪和计算机。结构压力传感器均匀布置在爆腔底部回填土层的上表面。爆腔空压压力传感器和应变片均匀布置在预制测试构件的跨中顶部。

位移监测系统包括位于预制测试构件的跨中底部的多个位移计。

装药为设置在爆腔内的某一高度水平面上均匀排列的导爆索。装药和起爆网络与起爆装置相连。

进一步地，预制测试构件与基坑的长度方向平行。

进一步地，在基坑的一侧设有出入口，出入口与基坑长度方向垂直，出入口内设有从基坑底部通往地表倾斜向上的出入口台阶。

进一步地，沿爆腔的长度方向均匀间隔设置工字钢框架。

一种地下人防工程抗核爆模拟实验方法，实验方法包括以下步骤：

a、预制测试构件和挖基坑：在工厂按测试要求预制测试构件，并对预制测试构件进行养护，完成后提前将预制测试构件运至试验场地。同时，在选取一块平整试验场地，并在试验场地开挖平底基坑，在基坑内浇筑混凝土底板、侧墙和边墙；

b、将预制测试构件和辅助板放置在基坑上部，同时在预制测试构件跨中的顶部和底部设置结构压力传感器和应变片。在预制测试构件跨中的底部设置位移计；

c、在预制测试构件的顶部设置回填土层，同时在回填土层上表面埋设爆腔空压压力传感器；

d、在回填土层上设置爆腔，并在爆腔的某一高度水平上均匀排列导爆索，同时将装药与起爆网络连接，并在爆腔的上部铺设覆土层；

e、对压力监测系统和位移监测系统进行调试；

f、对预制测试构件进行抗核爆模拟测试：对预制测试构件进行4次不同爆腔压力的加载测试。爆腔压力分别为0.05MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.4Mpa。当完成某一爆腔压力加载测试后，重新按照步骤c、d、e进行下一个爆腔压力测试。当进行某一爆腔压力加载，预制测试构件破坏后，不再继续对预制测试构件测试。

本发明通过对预应力混凝土结构在强动载作用下的性能特别是抗爆性能的研究，找到选取适合于人防工程的预应力混凝土结构形式和参数选取范围。通过大比例尺模型野外化爆实验检验所选预应力混凝土结构形式的抗爆性能，为预应力混凝土结构在人防工程中的应用提供设计依据。使其应用于人防工程建设成为可能，使再建的人防工程不仅将同时满足平时和战时的双重功能，而且可为国家节约大量的资金和宝贵的时间。这些工程平时可以充分地发挥其经济效益，战时可起到更好的防护作用，有效地保存有生力量，为赢得战争的最后胜利奠定基础。

附图说明

附图1是本发明中一种地下人防工程抗核爆模拟实验系统的剖视结构示意图；

附图2是本发明中基坑的侧剖结构示意图；

附图3是本发明中基坑的平面结构示意图；

附图4是本发明中装药的正面结构示意图；

附图5是本发明中爆腔的立体结构示意图；

图中，1-基坑；3-底板；4-预制测试构件；5-回填土层；6-爆腔；7-地表；8-覆土层；9-辅助板；10-出入口；11-出入口台阶；20-边墙；21-侧墙；61-侧壁钢板；62-顶盖钢板；63-工字钢框架；64-装药；65-起爆网络；66-起爆装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明，以便本领域内的技术人员了解本发明。

一种地下人防工程抗核爆模拟实验系统，实验系统包括位于地表7以下预先挖出的基坑1、预制测试构件4、压力监测系统、位移监测系统、核爆模拟加载装置。

基坑1呈矩形。在基坑1底部、沿长度方向的侧壁和沿宽度方向的侧壁处分别用混凝土浇筑底板3、侧墙21和边墙20。预制测试构件4的两端放置在边墙20的上部。预制测试构件4的两侧设有辅助板9。辅助板9的两端放置在边墙20的上部。辅助板9整体覆盖在侧墙21上部。

在预制测试构件4和辅助板9的上部设有回填土层5。

核爆模拟加载装置包括：位于回填土层上部的爆腔6，位于爆腔6内的装药64，位于爆腔6上部的覆土层8，起爆网络65，以及位于地表7的起爆装置66。爆腔6为一个四周侧壁钢板61和顶盖钢板62构成的装药空间。

压力监测系统包括：多个结构压力传感器12、多个爆腔空压压力传感器、多个应变片、以及与压力传感器和应变片连接的数据采集仪和计算机。结构压力传感器12均匀布置在爆腔6底部回填土层5的上表面。爆腔空压压力传感器和应变片均匀布置在预制测试构件4的跨中顶部。

位移监测系统包括位于预制测试构件4的跨中底部的多个位移计。

装药64为设置在爆腔6内的某一高度水平面上均匀排列的导爆索。装药64和起爆网络65与起爆装置相连。

本实施例中，预制测试构件4与基坑1的长度方向平行。

本实施例中，在基坑1的一侧设有出入口10，出入口10与基坑1长度方向垂直，出入口10内设有从基坑1底部通往地表倾斜向上的出入口台阶11。

本实施例中，沿爆腔6的长度方向均匀间隔设置工字钢框架63。

一种地下人防工程抗核爆模拟实验方法，包括以下步骤：

a、预制测试构件和挖基坑：在工厂按测试要求预制测试构件4，并对预制测试构件4进行养护，完成后提前将预制测试构件4运至试验场地。同时，在选取一块平整试验场地，并在试验场地开挖平底基坑1，在基坑内浇筑混凝土底板3、侧墙21和边墙20；

b、将预制测试构件4和辅助板9放置在基坑1上部，同时在预制测试构件4跨中的顶部和底部设置结构压力传感器和应变片。在预制测试构件4跨中的底部设置位移计；

c、在预制测试构件4的顶部设置回填土层5，同时在回填土层5上表面埋设爆腔空压压力传感器；

d、在回填土层上设置爆腔6，并在爆腔6的某一高度水平上均匀排列导爆索，同时将装药64与起爆网络65连接，并在爆腔6的上部铺设覆土层8；

e、对压力监测系统和位移监测系统进行调试；

f、对预制测试构件进行抗核爆模拟测试：对预制测试构件进行4次不同爆腔压力的加载测试。爆腔压力分别为0.05MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.4Mpa。当完成某一爆腔压力加载测试后，重新按照步骤c、d、e进行下一个爆腔压力测试。当进行某一爆腔压力加载，预制测试构件4破坏后，不再继续对预制测试构件4测试。

以上实施方式仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此尽管本说明书参照上述的各个实施方式对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。