人防穿墻風管系統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封堵[1-3]。采用板式防護密閉封堵板進行臨戰封堵,封堵板平時需要單獨存放,且臨戰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封堵,平時門扇安裝于高處,安全性較差,臨戰轉換需登高操作,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快速封堵,能夠抵擋常規武器五級、核武器五級、常規武器六級、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快速封堵,筆者設計了一種人防穿墻風管系統防護密閉閘板閥,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點狀態。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,并滿足常規武器五級、核武器五級、常規武器六級、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范》、RFJ 02—2009《軌道交通工程人民防空設計規范》的規定,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)。可見,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,撓跨比滿足規定要求。

4 有限元分析

防護密閉閘板閥中,閥板密閉狀態如圖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,得到閥板密閉狀態應力云圖，如圖4所示。最大應力產生區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

▲圖3 核武器五級閥板密閉狀態應力云圖

▲圖4 核武器六級閥板密閉狀態應力云圖

5 結束語

筆者設計了人防穿墻風管系統防護密閉閘板閥,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快速封堵,并能抵擋常規武器五級、核武器五級、常規武器六級、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。