人防設(shè)備安裝調(diào)試走扇問題分析及措施

包洪濤

(北京國建標(biāo)工程設(shè)備科技有限公司，北京 101500)

0 引 言

人防工程防護(hù)設(shè)備是人民防空工程戰(zhàn)時(shí)發(fā)揮預(yù)定防護(hù)功能的根本保證，它主要是指口部的防護(hù)設(shè)備，用以阻擋或削弱武器的破壞效應(yīng)進(jìn)入到工程內(nèi)部。防護(hù)設(shè)備最基本的功能是防沖擊波和化學(xué)毒劑，防護(hù)設(shè)備根據(jù)其所具有的主要防護(hù)功能可分為抗力型和密閉性防護(hù)設(shè)備[1]。出入口防護(hù)設(shè)備包括防護(hù)門、防護(hù)密閉門、密閉門、封堵板。出入口防護(hù)設(shè)備戰(zhàn)時(shí)需提前處于關(guān)閉狀態(tài)，才能發(fā)揮其防護(hù)功能。

鋼結(jié)構(gòu)人防門的門扇、門框均為鋼結(jié)構(gòu)件，鋼結(jié)構(gòu)雙扇防護(hù)密閉門為鋼梁板結(jié)構(gòu)，門扇各有三邊搭接在門框上，一邊自由，上下兩側(cè)為主受力方向，鋼結(jié)構(gòu)雙扇防護(hù)密閉門由門扇、門框、閉鎖、鉸頁閉鎖和密封膠條組成。

人防工程防護(hù)設(shè)備施工現(xiàn)場安裝完成后，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)門扇自開自關(guān)的現(xiàn)象，我們通常稱之為“走扇”，這是一種常見的人防工程防護(hù)設(shè)備安裝調(diào)試問題。基于萬有引力作用下的物體會(huì)向下墜落，靜止的物體在失去外力支撐作用時(shí)會(huì)垂直于地面做自由落體運(yùn)動(dòng)的思路，通過限元分析方法對人防工程防護(hù)設(shè)備的門扇的分析，得出門扇在自身重力的作用下，也會(huì)向重心偏離方向的一邊傾倒，提出一些有效解決措施，對于人防設(shè)備安裝避免出現(xiàn)走扇現(xiàn)象具有一定的參考意義。

1 走扇問題

人防工程防護(hù)設(shè)備的人防門主要由門框、門扇、鉸頁、閉鎖、密封裝置等幾個(gè)部分組成，門扇由上、中(人防門也有一部分只有上、下兩個(gè)鉸頁)、下平移鉸頁，承重臂、連接座、上下同心管、軸等組成的鉸頁系統(tǒng)與門框連接起來，同時(shí)，門扇通過閉鎖裝置與門框?qū)崿F(xiàn)啟閉等使用功能。當(dāng)一樘人防門安裝完成時(shí)，通過調(diào)試可以實(shí)現(xiàn)門扇的水平度和垂直度達(dá)到檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，表1所列為鋼結(jié)構(gòu)人防門安裝檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

檢驗(yàn)方法：

(1) 門框垂直度檢驗(yàn)采用磁力線墜檢查。

(2) 門扇與門框貼合面允許間隙用塞尺檢查。懸擺板與門扇、門扇與門框間隙檢驗(yàn)：關(guān)閉懸擺板或門扇，用塞尺沿結(jié)合面檢驗(yàn)懸擺板與門扇間隙；閉鎖鎖緊后，用塞尺檢驗(yàn)門扇與門框間隙。

(3) 門扇、閉鎖手動(dòng)啟閉力用彈簧拉力秤檢查。

在防護(hù)設(shè)備門扇關(guān)閉時(shí)，由于鉸頁系統(tǒng)和閉鎖裝置的作用，門扇能夠穩(wěn)定地與門框貼合處于一個(gè)固定的位置上，在這里，鉸頁系統(tǒng)和閉鎖裝置共同對門扇起到了使之水平、垂直的限制作用;當(dāng)門扇開啟時(shí)，保證門扇水平、垂直的限制裝置只有鉸頁系統(tǒng)，因此在排除外力干擾的情況下，上、中連接座和承重臂的位置及門扇的自重對于門扇是否能夠穩(wěn)定地處于一個(gè)平面位置上，起到了至關(guān)重要的作用。

表1 鋼結(jié)構(gòu)人防門安裝檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[2]

正常情況下，在鉸頁座的同心管或軸垂直于水平面(地面)的情況下，沒有外力作用的情況下與鉸頁系統(tǒng)連接在一起的門扇其重力完全由鉸頁系統(tǒng)支撐承受，不存在重心偏移，因此，不會(huì)出現(xiàn)門扇的自開自關(guān)，也就是不會(huì)出現(xiàn)“走扇”現(xiàn)象。

如果鉸頁座的同心管或軸不垂直，那么，我們以上連接座的軸孔中心點(diǎn)垂直于水平面的鉛垂線與實(shí)際中心線將形成一個(gè)夾角，也就形成了與水平面形成一個(gè)角度的平面，斜邊就是門扇實(shí)際的軸線。所以，在這種情況下，門扇開啟后，由于門扇與水平面之間形成了一定的角度，就會(huì)出現(xiàn)門扇在重力作用下產(chǎn)生一定的力矩使門扇沿軸線旋轉(zhuǎn)，出現(xiàn)自開自關(guān)的現(xiàn)象，直至門扇與水平面垂直為止。

2 受力分析

文中使用某種型號(hào)的人防門為例，人防門扇使用三個(gè)鉸頁鏈接的方式。平開式人防門采用三個(gè)鉸頁，受力分析情況比較復(fù)雜[3-4]。門扇高度H=4 300 mm； 寬度B=2 625 mm。

門扇上連接座安裝位置距門扇底邊距離X1=4 100 mm， 門扇中連接座安裝位置距門扇底邊距離X2=2 400 mm，門扇承重臂安裝位置距門扇底邊距離X3=200 mm，門扇重量G=27 900 N。

對門扇結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化如圖1所示。這里屬于超靜定結(jié)構(gòu)，做出受力分析圖，如圖2所示。從圖中所示的情況分析，上連接座受拉力，承重臂受壓力作用，中間連接座受壓力作用。

圖1 鋼質(zhì)人防門扇簡化圖

圖2 浮力分析圖

如圖3所示，承受荷載F=G=27.9 kN，1，2，3各處由同一材料制成。

(1) 靜力平衡條件

該支架在力作用下，可以判斷：AB受拉、AD、AC受壓，受力圖如圖2所示：

∑FX=0

Fn1cos 56°-Fn2cos10°-Fn2cos 45°=0

∑FY=0

Fn1sin 56°+Fn2sin 10°+Fn2sin 45°-F=0

以中間鉸頁為力矩平衡點(diǎn)，力矩平衡條件：

Fn1sin 50°×y+Fn2sin 45°×(H-2X-Y)-

M=0

(1)

(2) 變形幾何相容條件

(2)

(3) 物理關(guān)系

由胡克定律：

(3)

聯(lián)立方程式(1)、(2)、(3)得出:

Fn1=10.79 kN

Fn2=4.34 kN

Fn3=13.97 kN

3 有限元分析

3.1 有限元模型建立

建立門扇的有限元模型，在這里，將門框墻考慮成剛體，約束住X,Y,Z三個(gè)方向的位移[5]。

上連接座和承重臂為主要受力部件，材質(zhì)均為Q345低合金鋼。屈服強(qiáng)度為345 MPa，材料密度為7.85 g/cm3，彈性模量為2e11，泊松比為0.3。

3.2 有限元分析

3.2.1 連接座有限元分析

在Pro/E中建立上連接座三維模型如圖3所示，單擊“ansys File-Import-IGES”將模型導(dǎo)入到有限元分析軟件中[6]，然后在軟件中進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置模型材料性質(zhì)、選擇單元、網(wǎng)格劃分、添加約束和載荷，網(wǎng)格劃分如圖4所示[7]。

圖3 連接座模型 圖4 連接座網(wǎng)格劃分

施加約束和載荷 根據(jù)實(shí)際情況，確定模型約束條件為在螺栓孔位置施加全約束，在底板位置施加全約束[8]。連接座插入上軸位置施加均布載荷。

計(jì)算結(jié)果分析：從圖中可以看出，由于載荷是水平Y(jié)方向的，故其變形和位移也是以水平Y(jié)方向?yàn)橹鳌Ｓ蓤D5中可以看出最大變形為2.212 74 mm，變形量還是比較大的。

圖5 連接座變形圖

繪制位移云圖，如圖6所示為上連接座位移分布等值線圖，可以看出上連接座變形量分布情況。

圖6 連接座變形云圖

繪制應(yīng)力分布云圖，如圖7顯示為上連接座應(yīng)力分布等值線圖，可以看出上連接座應(yīng)力分布情況。

圖7 連接座應(yīng)力云圖

3.2.2 承重臂有限元分析

由以上受力分析可知承重臂受力最大。建立上連接座三維模型如圖8所示，在ANSYS中進(jìn)行網(wǎng)格劃分如圖9所示。定義模型的單元屬性，定義主要部件材料屬性。

圖8 承重臂模型 圖9 承重臂網(wǎng)格劃分

3.2.3 施加約束和載荷

根據(jù)實(shí)際情況，確定模型約束條件為在螺栓孔位置施加全約束，在底板位置施加全約束。承重臂插入下軸位置施加均布載荷，承重臂與下軸軸肩接觸處施加均布載荷。

計(jì)算結(jié)果分析:從圖中可以看出，由于承重臂所受載荷比較復(fù)雜，故其變形和位移也是比較復(fù)雜的。由圖10可以看出承重臂的變形情況。

繪制位移云圖，如圖11所示為承重臂位移分布等值線圖，可以看出承重臂變形量分布情況。

繪制承重臂應(yīng)力云圖，如圖12所示為承重臂應(yīng)力分布等值線圖，可以看出承重臂應(yīng)力分布情況。

4 解決措施

首先要解決生產(chǎn)過程中的問題。如門框洞口尺寸、對角線尺寸、鉸頁尺寸都要保證在圖紙要求范圍內(nèi)，門扇扭翹變形等。這些生產(chǎn)制作過程中出現(xiàn)的問題，都將直接影響安裝調(diào)試質(zhì)量的好壞。

圖10 承重臂變形圖

圖11 承重臂變形云圖

圖12 承重臂應(yīng)力云圖

其次門框安裝調(diào)試符合規(guī)范，達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，是人防門整體安裝調(diào)試的基礎(chǔ)[9]。立框調(diào)試后，如果支撐沒有固定牢靠，有松動(dòng)間隙，在澆筑混凝土?xí)r也會(huì)導(dǎo)致門框安裝貼合面與內(nèi)側(cè)面出現(xiàn)垂直度偏差超出允許的偏差范圍，如圖13所示。

圖13 人防門框澆筑前支撐示意圖1.人防門框 2.斜向支撐桿件 3.水平支撐桿件 4.橫向支撐桿件 5.雙向調(diào)節(jié)螺栓 5.立框支撐件 7.人防防護(hù)段結(jié)構(gòu)底板8.后澆施工槽 9.下檻梁鋼筋

門扇安裝前必須對門框垂直度和洞口尺寸、對角線尺寸各幾何尺寸進(jìn)行復(fù)檢測量，掌握立框質(zhì)量的具體狀況[10]，盡可能達(dá)到必要的掛扇條件。

通過以上的分析模擬可以看出門扇出現(xiàn)走扇的一些影響因素。即使門框、門扇生產(chǎn)質(zhì)量都合格，門框安裝質(zhì)量也合格，安裝的時(shí)候能夠保證垂直度，鉸頁組件也不可避免的出現(xiàn)變形的影響。那么，當(dāng)門扇安裝完成后，如果出現(xiàn)了門扇“走扇”的現(xiàn)象。

當(dāng)上、下連接座軸孔不同心導(dǎo)致同心管和連接軸不垂直就會(huì)出現(xiàn)“走扇”。由于門扇自重的影響，有的比較大型的區(qū)間單扇門寬度能夠達(dá)到4 500 mm，高度達(dá)到4 000 mm，自重能夠達(dá)到8 t。

一般情況下，把門扇停在開啟45°、開啟90°、關(guān)閉三種狀況，使用磁力線墜等檢測工具量測門扇中縫側(cè)面和貼合面的垂線偏差[11]。

如果門扇在關(guān)閉位置時(shí)，門扇貼合面上部向門框傾斜，中縫側(cè)面上部向中心線傾斜，上鉸頁座適當(dāng)?shù)脑黾訅|片或者下鉸頁座減少墊片，同時(shí)增加上鉸頁底板的限位塊墊片將上鉸座向門框的鉸頁方向移動(dòng)、或者增加下鉸頁底板的限位塊墊片將下鉸座向門框的中心方向移動(dòng)，盡可能使門扇側(cè)面和貼合面呈鉛垂?fàn)睿粗嗳籟12]。

掛扇后，如果出現(xiàn)門扇自開自關(guān)現(xiàn)象，必須檢查測量門框的上下鉸頁底板的垂直度、平面度以及上中連接座和承重臂軸孔中心線的同軸度、垂直度，充分利用調(diào)整墊片和限位塊，對門扇立轉(zhuǎn)軸線進(jìn)行鉛垂度調(diào)整，使門扇與水平面垂直，這樣就可以避免出現(xiàn)走扇現(xiàn)象。

5 結(jié) 語

使用力學(xué)分析和有限元分析方法，分析了鋼質(zhì)人防門門扇受力情況。結(jié)果表明，排除其他因素的影響，人防門在自重情況下對連接座、承重臂也會(huì)產(chǎn)生變形，造成人防門重心偏移，出現(xiàn)走扇現(xiàn)象。

在保證生產(chǎn)質(zhì)量和門框安裝質(zhì)量的前提下，使用調(diào)整手段使門扇充分利用調(diào)整墊片和限位塊，對門扇立轉(zhuǎn)軸線進(jìn)行鉛垂度調(diào)整，使門扇與水平面垂直，就可以避免出現(xiàn)走扇現(xiàn)象。