人防设计讲座

二,核爆冲击波荷载
二,核爆冲击波荷载
1 2 3 4 5 6 空气冲击波 地面空气冲击波 地面冲击波主要设计参数 空气冲击波对人防工程的作用 土中压缩波及其对人防结构的作用 人防结构核爆动荷载计算
1 空气冲击波
1.1 空气冲击波的形成 核武器在空中爆炸时,反应区内的高温高压 气团高速猛烈地向外扩张,冲击及压缩其邻近 的空气,从而形成空气冲击波,并且不断向外 传播. 1.2 超压 波阵面后的压缩空气层称为压缩区,在压缩 区中压力超过正常大气的压力称为冲击波超压. 在波阵面上超压值最大,称最大超压或超压峰 值.通常讲超压值△Pm,均指超压最大值.
2 地面空气冲击波
随着离爆心投影点的距离不断增加反射 波阵面与入射波阵面汇合成为冲击波, 此汇合后的冲击波称为"合成波",即 地面冲击波,地面冲击波阵面靠近地面 部分垂直于地面,即沿地面水平方向传 播.一般人防工程是按冲击波作用是按 平行于地表的地面冲击波考虑.
3 地面冲击波主要设计参数
4 空气冲击波对人防结构的作用 4.1 反射效应
3,地面建筑物对防空地下室迎爆面的土中外墙核爆动荷载的影 响 根据国外资料,对上部建筑为钢筋混凝土承重墙结构,当 地面超压为0.2MPa以上时才倒塌;对抗震的砌体结构(包括 框架结构中填充墙),当地面超压为0.07MPpa左右才倒塌. 考虑到在预定冲击波地面超压作用下,上部建筑物不倒塌, 或不立即倒塌,必然会使冲击波产生反射,环流等效应.由 于试验资料不足,在参考国外有关规定的基础上,对上述条 件下的地面超压峰值予以适当提高. 在计算土中外墙核爆动荷载时,对△Pm≤0.2MPa的防空地下 室,当上部建筑物的外墙为钢筋混凝土承重墙,或对上部建 筑物为抗震设防的砌体结构或框架结构,△Pm=0.05Mpa的 防空地下室,均应计入上部建筑物对地面空气冲击波超压值 的影响,其计算值△Pms按表4-3的规定采用.
当冲击波在传播方向上遇到一刚性结构物时,会产 生很大反射超压. 1),当冲击波传播方向与障碍面法线夹角α=0时的反 1) α=0 射称为正反射,此时反射系数最大, 2),α≠0的反射称为斜反射,随夹角α增大,反射系数 逐渐减少. 3),当α<30°时,斜反射系数与正反射系数相差不 大. 4),设计时按最不利因素考虑,故在设计时均按正反 射系数取值,当α略大于30°时,冲击波沿表面平 行滑过,不产生反射,此时反射系数为1.
对符合第(1)条规定的抗△Pm=0.1MPa防空地下室作用 在其上部建筑物底层地面的空气冲击波超压波形,可 采用有升压时间的平台形,空气冲击波超压计算值可 取0.95△Pm,升压时间可取0.025s.
2,抗△Pm=0.2,0.3MPa的防空地下室不考虑 上部地面建筑物对顶板核爆动荷载的影响. 当地面冲击波超压比上述试验资料 ( 100KN/M2 ) 增 大 3 ～ 6 倍 时 ( 相 应 于 △Pm=0.2MPa级以上抗力),一般地面建筑 将会在更短的时间内被摧毁,对于防空地下室 顶板荷载而言,这个影响可能是微不足道的, 此外也由于目前缺乏更进一步的试验和理论分 析资料,此类防空地下室暂不考虑这一影响也 是偏于安全的.
6.2 人防结构的爆动荷载
6.2.1 结构顶板的核爆动荷载
1,顶板计算中不计入上部建筑物影响的防 空地下室: Pcl=KPh
h t oh = ( 1) γ V0
2,顶板计算中计入上部建筑物影响的防空 地下室 Pcl=KPh
t oh
h = 0 . 025 ( 1) γ V0
6.2.2 结构外侧墙的核爆动荷载
6),当结构最大变位时间等于反射压力作用时间时,荷载 总的动力响应最大,产生此最大动力响应的深度称为 "不利覆土厚度". 7), 结构顶板不利覆土厚度,其值与抗力等级,结构短 边净跨大小有关,结构顶板不利覆土厚度确定后,由 试验得出综合反射系数由1近似线性地增至不利覆土处 的Km值,当大于不利覆土厚度时,对非饱和土按大于 不利覆土厚度时确定的规律随深度减小. 8),对饱和土当覆土厚度h大于或等于结构最不利覆土厚 度hm时,K值可按以下规定确定: ①当Pm (N/mm2 )>20α1 时,平顶结构K=2.0,非平 顶结构K=1.8; ②当Pm(N/mm2)<16α1时,K值按非饱和土确定; ③当16α1≥Pm (N/mm2 )≤20α1 时,K值可按线性内 插确定.
2. 人防工程结构的主要特点1
2.1,核爆动荷载属于偶然性荷载,荷载具有量 值大,作用时间短且不断衰减等特点. 2.2,防空地下室结构设计应同时满足平时和战 时二种不同荷载效应组合的要求. 2.3,地面多层或高层建筑物,对于普通爆破航 弹,核爆炸冲击波早期核辐射等破坏因素都有 一定的削弱作用,设计防空地下室时可考虑这 一因素. 2.4,墙,柱等承重结构,应尽量与地面建筑物 的承重结构相互对应,以使地面建筑物的荷载 通过防空地下室的承重结构直接传递到地基上.
人防工程结构设计
解放军理工大学工程兵工程学院 人防工程设计院 袁正如
内容提要
一.概述 二.核爆冲击波荷载 三.核爆等效静载 四.荷载组合 五.内力分析,截面设计与主要构造规定 六.人防结构设计 七.关于结构的功能转换 八.结构设计中的有关问题
一,概述
1.人防荷载的特点 1.人防荷载的特点
1.1 人防荷载的来源:来源于核爆炸冲击波 1.2 人防荷载的作用时间:很短,1秒钟左右 1.3 人防荷载的作用次数:一次(整个结构寿 命期内一次) 1.4 人防荷载的性质:突加快卸的瞬时动力荷 载 1.5 人防荷载的分布:同时,均匀,满布 1.6 人防荷载的分项系数:分项系数=1,原因 是:偶然性荷载不乘分项系数;人防结构可靠 度要求比工民建结构低.
3.人防结构结构设计特点
3.1 可用"等效静载法",可拆开为单个构件进 行 计算(规范用三个系数过渡到等效静载) 3.2 各部位抗力(强度)相协调 3.3 可考虑塑性内力重分布 3.4 充分保证结构的延性,"强柱弱梁(板)", "强剪弱弯"
4. 人防工程结构选型
4.1,防空地下室结构选型应根据防护要求,使 用要求,上部建筑物结构类型,工程水文地质 条件以及材料供应和施工条件等因素综合分析 确定. 4.2,防空地下室结构选型包括结构类型与选择. 4.3,既要满足作为上部建筑基础的要求,又要 满足战时作为防护结构的要求.防空地下室常 用梁板结构,板柱结构以及箱型结构等.当柱 网尺寸较大时,也可采用双向密肋楼板结构.
Pc2=ξPh
h t oh = ( 1) γ V0
6.2.3 结构底板的核爆动荷载
Pc3=ηPh
6.2.4 出入口通道内临空墙,门框墙及防护 密闭门,防爆波活门的核爆动荷载
1,作用于临空墙,门框墙的最大压力值Pc,可按 表4-4取值. 2,作用于通道内防护密闭门,防爆活门的设计 压力值,按表4-5选用定型产品.
5.2.2 压缩波对底板作用 Pc3=η×Pc1
式中: Pc3---结构底板上核爆动荷载最大压力(KN/M2); η---底压系数,当底板位于地下水位以上时,取 0.7—0.8,其中4B级及4级取小值;当底板位 于地下水位以下时,取0.8—1.0,其中含气量 α≤0.1%时,取大值.
6 人防结构核爆动荷载计算
4.3 环流效应
1),当冲击波与封闭地面建筑物前墙相接触时产生正反 射,前墙上压力瞬时增大到反射超压值,形成高压区, 而前墙边缘以外入射波并未遇到障碍,相对于反射超 压而言是低压区,由于正面上的反射压力大于顶面和 侧面冲击波压力,所以前墙上的反射压力不能保持而 很快衰减,这种衰减一直要延续到空气流动状态相对 稳定时为止,这种现象称为环流. 2),稳定时作用在前墙上的压力称为环流压力.当防空 地下室顶板高出室外地面时,迎爆面将会产生一定的 环流效应,因此其墙面上最大压力会比正反射时略小. 3),例如6级时正反射系数为2.4,如考虑环流效应,则 反射系数可取2,即作用于高出地面外墙上最大压力值 为2△Pm.
6.1 地面建筑物对防空地下室结构核 爆动荷载的影响
1,在防空地下室的结构顶板计算中,对抗△Pm=0.1,0.05MPa 防空地下室,当符合下列条件之一时,可计入上部建筑物对地 面空气冲击波超压作用的影响. ①上部建筑物层数不少于二层,其底层外墙为不低于240mm砖 砌体强度的墙体,且任何一面外墙墙面开孔面积不大于该墙面 面积的50%; ②上部为单层建筑物,其承重外墙使用的材料和开孔比例符合 上述规定,且屋顶为钢筋混凝土结构. 对符合第1条规定的抗△Pm=0.05MPa防空地下室,作用在其 上部建筑物底层地面的空气冲击波超压波形,可采用有升压时 间的平台形,空气冲击波超压计算值可取△Pm,升压时间可取 0.025s.
1.3 空气冲击波组成 空气冲击波是由脱离爆心后不断向外传播的 彼此紧密相连的压缩区和稀疏区构成. 1.4 动压 当冲击波波阵面接触到未被扰动的空气质点 时,使该处空气质点获得很大速度,空气质点 高速运动如受到结构滞止,则产生作用于结构 上的压力,称为"动压",动压的变化规律与 冲击波超压的变化规律相似.
5.土中压缩波及其
对人防结构的作用
5.1 土中压缩波参数
h (1 α ) Pm Ph = 1 v1t 2
5.1 土中压缩波参数
h t oh = (γ 1) v0
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5.2 土中压缩波与结构的相互作用
5.2.1 顶板的相互作用 1),压缩波作用于结构顶板将产生反射,并使结 构发生整体位移和变形,这些位移与变形又反 过来影响压缩波荷载,这种相互影响的力学现 象称为介质与结构之间动态相互作用. 2),作用在土中结构顶板上压力与压缩波参数, 土介质性质和结构刚度特性等因素有关,工程 设计中常用综合反射系数K来反映压缩波与顶 板相互作用影响. 3),土中压缩波作用于顶板的动荷载可表达为 Pc1=KPh.
1),当冲击波从小孔进入大空间时,进入大空间 的空气冲击波超压峰值会有所降低,并使波形 出现一段升压时间,即冲击波的扩散效应. 2),当冲击波传播方向与室外出入口轴线垂直时 (如竖井式出入口),由于口外冲击波气流质 点运动速度在出入口轴线上的分量为零,因此 口内冲击波的产生只是由于口外冲击波扩散, 膨胀而引起的. 3),对一般防空地下室的通道可不考虑压力随传 播距离的变化.当冲击波在通道内遇900 转弯 时,大约会有6%能量损失,这种变化在实用 上也可忽略不计.