人防穿墻風管系統(tǒng)防護密閉閘板閥的設計

□ 趙繼平 □ 徐 勝 □ 龍智卓

中國建筑標準設計研究院有限公司 北京 100048

1 設計背景

人防工程中,風管等管道穿越防護單元間密閉隔墻或臨空墻時,通常采用板式防護密閉封堵板或防護密閉門進行臨戰(zhàn)封堵[1-3]。采用板式防護密閉封堵板進行臨戰(zhàn)封堵,封堵板平時需要單獨存放,且臨戰(zhàn)轉換需要拆除風管等設施,耗時耗力。采用防護密閉門進行臨戰(zhàn)封堵,平時門扇安裝于高處,安全性較差,臨戰(zhàn)轉換需登高操作,也需拆除風管等設施,耗時耗力,且不易操作。

對此,筆者設計了一種人防穿墻風管系統(tǒng)防護密閉閘板閥[4],可以實現風管等管道穿越防護單元間密閉隔墻或臨空墻時的臨戰(zhàn)快速封堵,能夠抵擋常規(guī)武器五級、核武器五級、常規(guī)武器六級、核武器六級沖擊波載荷。

2 防護密閉閘板閥設計方案

為滿足風管等管道穿越防護單元間密閉隔墻或臨空墻時的臨戰(zhàn)快速封堵,筆者設計了一種人防穿墻風管系統(tǒng)防護密閉閘板閥,如圖1所示。

這一防護密閉閘板閥有初始位和工作位兩種節(jié)點狀態(tài)。初始位時,閥板開啟,保證風管正常工作。工作位時,閥板由絲桿螺紋副帶動向洞口方向移動,利用側板開設的斜面槽口下移擠壓洞口四周的密封膠條,實現洞口關閉,滿足防護密閉要求,并滿足常規(guī)武器五級、核武器五級、常規(guī)武器六級、核武器六級抗力要求。

3 抗沖擊波載荷分析

3.1 閥板強度

按GB 50225—2005《人民防空工程設計規(guī)范》、RFJ 02—2009《軌道交通工程人民防空設計規(guī)范》的規(guī)定,核武器五級防護封堵板,壓強設計值qe為0.3 MPa,動力因子Kd為1.5,作用在閥板上的均布載荷q按等效靜載荷計算,有:

q=Kdqe=0.45 MPa

對于矩形截面的平板,周界固定,整個面板受均布載荷q,其中心應力σ為[5]:

σ=c1q(b/h)2

(1)

式中:c1為應力因子,當閥板長與寬相等時,取0.137 4;b為閥板寬度,mm;h為閥板截面厚度,mm。

▲圖1 防護密閉閘板閥

設計方案中,洞口尺寸取400 mm×400 mm,因此b為400 mm。核武器五級抗力條件時,取閥板厚度h為6 mm,代入式(1)得σ為274.8 MPa,小于Q345鋼材的屈服強度(345 MPa)?？梢?閥板設計滿足強度要求。

3.2 閥板撓度

對于矩形截面的平板,周界固定,整個面板受均布載荷q,其中心撓度f為[5]:

(2)

式中:c2為撓度因子,當閥板長度與寬度相等時,取0.013 8;E為Q345鋼的彈性模量,取210 GPa。

由式(2)得f為3.5 mm,最大撓跨比為8.75×10-3,小于1/110。可見,撓跨比滿足規(guī)定要求。

4 有限元分析

防護密閉閘板閥中,閥板密閉狀態(tài)如圖2所示。沖擊波從密封膠條反側施加在閥板上,閥板的四邊采用簡支形式支撐在承力條上。在有限元分析時,閥板四邊添加約束,閥板采用厚度為6 mm的Q345鋼板,在核武器五級抗力的條件下,沖擊波壓強為0.3 MPa,動力因子取1.5,得到閥板密閉狀態(tài)應力云圖,如圖3所示。最大應力值為290.5 MPa,產生在四邊支撐部位,小于Q345鋼的屈服強度(345 MPa),因此強度滿足設計要求。

核武器六級抗力條件時,采用厚度為5 mm的 Q345鋼板,進行仿真分析,得到閥板密閉狀態(tài)應力云圖，如圖4所示。最大應力產生區(qū)域與核武器五級抗力條件下基本一致,最大應力值為250 MPa,小于Q345鋼材的屈服強度(345 MPa),因此強度滿足設計要求[6-10]。

▲圖2 閥板密閉狀態(tài)

▲圖3 核武器五級閥板密閉狀態(tài)應力云圖

▲圖4 核武器六級閥板密閉狀態(tài)應力云圖

5 結束語

筆者設計了人防穿墻風管系統(tǒng)防護密閉閘板閥,通過絲桿螺紋副帶動閥板快速運動,實現風管等管道穿越防護單元間密閉隔墻或臨空墻時的臨戰(zhàn)快速封堵,并能抵擋常規(guī)武器五級、核武器五級、常規(guī)武器六級、核武器六級沖擊波載荷。

對這一人防穿墻風管系統(tǒng)防護密閉閘板閥進行了有限元分析。在核武器五級抗力條件下,采用厚度為6 mm的閥板,最大應力產生在四邊支撐部位,最大應力值為290.5 MPa,滿足強度要求。

在核武器六級抗力條件下,采用厚度為5 mm的閥板,最大應力產生在四邊支撐部位,最大應力值為250 MPa,同樣滿足強度要求。