单位文秘网 2021-07-23 08:15:15 点击: 次
摘 要 近几年人防工程建设势头迅猛,为了保证人防工程在战时能抵御空袭, 平时能防震减灾的功能,门扇作为防护密闭装置的直接受力构件, 影响着防护密闭装置的防护效果和使用。本文以人防工程中钢结构防护密闭门结构和拱形防护门双面配筋举例,结合有限元分析方法分析了防护密闭装置门扇结构, 为同类型的门扇设计提供理论基础。
关键词 防护密闭装置; 钢结构;拱形;两面配筋;有限元分析
中图分类号U443.8 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2014)119-0176-02
人防工程,主要是指防备敌人空袭,具有防护功能的地下室,主要是在进出口处安装能抵抗双向冲击波的防护密闭设施,门扇防护设备可以用来做人防工程中防御保护功能的重要的成分,当人防项目投人运行后门扇是确保此种防护密闭和各类人员正常进出的重点。目前通常使用全钢材料来制作防护密闭设施, 具备较大的空间占有和重量高的特点, 门扇充当了防护密闭设施的最直接的接受力的部件, 极端的情况下承受高强度的冲击。如何确保门扇使用的可靠性和结构强度, 降低门扇空间占有和重量来减少生产消耗所需,这将是此文需讨论的一部分。本文引用两面配钢筋、钢结构和拱形防护密闭门的有限元分析, 针对门扇结构设计进行了分析讨论。
1防护密闭装置门扇类型
通常的出入口由于人员和汽车进进出出,可用降落式防护密闭门和活门槛防护密闭门.这两种门从门槛的形式上来划分为无门槛和有门槛。无门槛的人防门, 平时使用更加方便, 因为人防工程地下室通常都是车库。有门槛的人防门, 虽然门槛可以拆装,同样可以让汽车自由通过,但是拆卸下来的门槛的保管,及地面螺栓孔的保护都会遇到麻烦,所以一般都采用无门楷的防护门。
2防护密闭结构解析
2.1全钢结构密闭门
第一种类型的密闭防护门为全钢结构。是经常能在防护中看到。而经常建造的模板中有梁板门, 从生产方便与否、正反两面受力情况是否良好的维度来看, 具备梁子的板门普遍应用。为了使门扇可以抵抗内侧和外侧的重量, 一方面减轻门扇的整体重量, 门扇梁子使用工字型钢焊接制作, 再将一定厚度的面板焊接在内侧和外侧。此类结构的防护密闭设施常常用于横跨度很大但是抵抗较低的大、中型防护设备。生产制作时可将上端的梁子、侧面的板面分离制作, 制作完成后再将两者进行组拼装。门的上端梁子常常用工字型钢制作, 之后将四周焊接槽钢。生产时,梁子应该设置主要梁、次要梁, 主要梁受作用力大, 不容易切断, 次要梁可以割断焊接在主要梁上面。为了达到梁子受力作用各向均匀, 降低门扇厚度值, 主要梁和次要梁子使用齐平连接, 也就是让水平次要梁与主要梁的上端平面平齐, 同时直接与面板焊接。特别之处就是井字型梁子与侧面板子拼组合成不变形硬度大的刚性整体, 侧面板为四边均匀受力, 于此同时也可以把部分面板变成梁子截面的一个小部分,这样可以减少井字梁子的用钢的多少来减少成本。井字型梁子整体在侧平面上应该做成方形, 有可能的话应该做成矩形形状, 其长和宽的比值应小于等于一比五。往往这种井字型梁子整体的梁侧面板门应该做成独扇, 如果要做成两扇或多扇, 可在活动边增加一大梁子, 确保其有足够的抵抗硬度和不变形的刚性。此种密闭门设施门框内环尺寸: 门洞高H为5m, 门洞宽W 为6m采用两扇门, 正面、反面受力时, 门的上边和下边和门框相接, 门的一侧和门框相接合, 另一侧是门扇和门扇接合, 即三个面简支。
2.2拱(弓)形防护密闭门
第二类型的密闭防护门为拱形门。拱形门是一种用水泥混凝土浇注的门。可通过防护密闭门跨中最大处弯矩、结构受剪计算、反弹力计算得出人防门两面配钢筋。值得注意的是在计算中接受压力区配置的受压力钢筋的架立钢筋的支撑作用不列入计算; 在常规冲击力的作用下,门具有较大的收缩效果,所以应在接受压力区与匹配收缩力相的纵向接受力的钢筋。接受重量作用的混凝土钢筋结构梁子面板墙面等构件产生往复振动,所以应该两面配钢筋。
拱形防护门需要拉结钢筋的配置。为确保两面配钢筋的墙面体、楼板面。混凝土顶板、底面板装置在动态变力状态下钢筋与接受压力区与混凝土融合在一起作用,则需在上面层和下面层或者外层内层钢筋之间安排一定数量的拉结钢筋。 当箍筋受到拉结筋受到作用力时,尺寸和距离必须适合箍筋的计算和构造要求。通过防护门的抵抗剪切计算可得到,作用在防护门上的剪力大部分由混凝土本身接受,当箍筋的[β]> 1 时配件处于弹塑性工作状态或塑性工作状态时防护门中设置的拉结筋不受力,配件受防护门重量作用配件内部的混凝土要分担一部分能量,配件产生多余形变,出现约一点二 毫米的裂开,但开裂不穿透,配件保持支撑力和密封性。配件产生额外的形变,表明配件进入成型工作状态。配件进入成型工作状态时拉结钢筋起到拉紧上面下面层钢筋和内外层钢筋,预防体积大混凝土掉下来的可能性; 只有在两筋梁配钢筋条件下,受压力区钢筋与混凝土一起作用。在较低等级的防护项目中,防护配件大部分采用一面筋方法配钢筋。所以受压力区的钢筋只有架立钢筋,达到最小配钢筋率即可,没有受力效果。构件产生残余变形,说明构件进入塑性工作阶段。同时密闭设施门主要受到垂直方向冲击重量, 为增强垂直向的抗弯特点, 门使用梁子面板门模型, 都使用全钢构造, 梁格子为井字型设置, 梁架采用工字型钢,梁子格子四周为槽钢, 和门洞形状相吻合, 骨架里外各焊接一块面板, 用来接受内外两侧的重量,这样可以减轻门的总体重量。抵抗冲击性能较强的16号为锰钢用于钢、槽钢、面板的构造材料。
2.3钢结构和拱形防护密闭门的有限元分析
分析(ANSYS )软件已转变为力热电磁物理及结构工程力学一体的强大型通用有限元分析实用软件。具备相当大的数据库系统: 前置处理和事后处理模型, 具有人和机器交换界面。建立的结构简单且有效的有限元分析模型可为一种美学, 它按照常规的力学规律, 同时包含一定经验总结。针对密闭门设施来讲, 每个门的类型, 边界约束条件及承受重量形式都是涉及有限元分析结果真实性的主要因素。在有限元的剖析中, 选用具有一定非线性特性的梁模型来创建门梁子的有限元模型结构,以便是更准确地解释结构大形变的可能。作为梁子结构, 可直接利用分析软件中的前置处理分析器来定义梁的各截面形貌, 并得出各截面的惯性约束力矩、尺寸等相应的数据。
开始依据实际计算机辅助设计(CAD )图纸输入Solidworks 三维建模软件中,创建防护密闭门的三维特点,将模型转化为有限元分析软件对门框架门结构体、玻璃等配件进行网格划分,确保网格划分质量。然后规定每种材料特性,不同结构选取不同的材料模型属性,并对每个部件规定接触类型,对不同的门结构体涉及设定不同的接触类型,规定接触时与实在门结构体接触相符。最后对面对的爆面施加撞击,规定边界控制约束边境等等。
1)规定各配件材料特性,有限元模型:防护密闭门在冲击波作用下可能会产生形状发生弹塑变化,重点关注塑性形变,满足防护密闭门在撞击下的应变力不大于其钢材的屈服强度,目的是确保钢材变形后能恢复原来的形状,能确保门体的气体的密封性,所以选用弹塑性材料本质结构关系特点来规定所选材料的力学特性;
2)网格划分:对厚度薄的板面类配件和实体配件进行网格划分,使用薄层壳单元壳和实体单元固体划分网格。门体、门框、销轴采用实体单元solid1 划分网格;
3)施加重量:按照防护密闭设施技术设计要求, 对航空、炮弹等爆炸产生的冲击波, 梁子接受重量可依据突然加重线性衰减负载的思维方法。分析计算采用设定的压力与时间(P-t)曲线的方案。涉及的定的安全系数,附加峰压力值;
4)定义边界条件:防护密闭门框四边接合配件与四边钢筋混凝土浇筑为整体体,所以对门框四边节点进行控制。
3结论
在人防工程防护密闭装置门扇设计中, 利用钢结构防护门的结构和拱形防护门双面配筋的特点,结合有限元分析软件ANSYS 对门扇进行定义各部件材料属性,划分网格,施加载荷,定义边界条件,分析了防护密闭装置门扇结构, 也为同类型的门扇设计提供理论基础。
参考文献
[1]李晨,李建宇.人防工程中防护密闭门配筋验算探析.山西建筑,2012,38(13).
[2]方林中.防护密闭装置门扇结构分析.安徽理工大学学报(自然科学版),2008,28(1).
[3]王子雷.避难硐室防护密闭门抗爆炸冲击性能分析.分析与探讨,2013,8:229-234.
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