CN103510652B

CN103510652B - 钢骨架膨石泄压板及利用其的泄压结构

Info

Publication number: CN103510652B
Application number: CN201310504047.7A
Authority: CN
Inventors: 陈智勇; 王文明
Original assignee: BEIJING TIANJI NEW MATERIALS Co Ltd
Current assignee: BEIJING TIANJI NEW MATERIALS Co Ltd
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2033-10-23
Also published as: CN103510652A

Abstract

一种钢骨架膨石泄压板及其泄压结构，其中泄压板包括钢骨架和铺设在钢骨架之上的钢丝网，钢骨架和钢丝网之上设有膨石轻质芯材，膨石轻质芯材之上设有水泥基复合抗渗保护层，钢骨架和钢丝网之下设有主筋保护层；钢骨架膨石泄压板的单位面积质量为40kg／m²～50kg／m²，泄压阈值约为8.0KN／m²～10.0KN／m²；膨石轻质芯材为350级～450级的膨石芯材，主筋保护层厚度为15～20mm；水泥基复合抗渗保护层的厚度为1mm～3mm。本发明的钢骨架膨石泄压板具有保温、隔热、防火、隔声、泄压、承重等特点。通过一系列的动态破坏试验检验，由膨石构成的泄压板在动载作用下具有优良的泄压性能。

Description

钢骨架膨石泄压板及利用其的泄压结构

技术领域

本发明涉及建筑构件技术领域，尤其是涉及一种钢骨架膨石泄压板及利用其的泄压结构。

背景技术

以往轻质泄压、轻质易碎屋盖采用石棉瓦，由于其在生产过程中存在有害、有毒物质，现国家不允许使用。目前工程中采用较多的替代品为压型钢板、夹芯板和阳光板。压型钢板、夹芯板能满足轻质要求，但不满足防火、耐久和易碎要求。阳光板耐久性差且不能满足保温隔热要求。这样在实际工程中已无合适的泄压板材可以选用。

我公司研制生产的钢骨架膨石泄压板，具有轻质、承重、泄压、保温隔热、防火、隔声、抗渗等性能，其既保证了建筑正常使用的功能，又满足了泄压易碎要求，填补了市场空白，为有泄压要求建筑的设计施工提供了有效的材料保障和技术解决方案。

发明内容

本发明的目的在于设计一种新型的钢骨架膨石泄压板，解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种钢骨架膨石泄压板，包括钢骨架和铺设在所述钢骨架之上的钢丝网，所述钢骨架和所述钢丝网之上设有膨石轻质芯材，所述膨石轻质芯材之上设有水泥基复合抗渗保护层，所述钢骨架和所述钢丝网之下设有主筋保护层；所述钢骨架膨石泄压板的单位面积质量为40kg／m²～50kg／m²，泄压阈值约为8.0KN／m²～10.0KN／m²；所述膨石轻质芯材为350级～450级的膨石芯材，所述主筋保护层厚度为15～20mm；所述水泥基复合抗渗保护层的厚度为1mm～3mm。

所述水泥基复合抗渗保护层为优质复合型耐久性涂层；所述膨石轻质芯材是由水泥、膨胀珍珠岩及水配合，经过凝固、硬化生成的膨石轻质节能材料，是一种各组份具有不同性质的多相复合材料；其中的水泥和膨胀珍珠岩能够看作水泥为基相，膨胀珍珠岩为分散相的二组份体系。

所述膨石轻质芯材为400级的膨石芯材；所述钢丝网为冷拔低碳钢丝网，所述冷拔低碳钢丝网的网间距不大于150mm，钢筋搭接长度不小于200mm。

所述钢骨架膨石泄压板的厚度不小于100mm。

一种利用根据所述的钢骨架膨石泄压板的泄压结构，还包括主体结构、配件和主肋或檩条；

所述钢丝网和所述配件与所述主体结构之间均应相互连接；所述配件与所述钢丝网之间采用双向双面焊，连接牢固；

所述钢丝网与所述主肋或檩条的连接方式为，所述钢丝网仅与一侧的所述主肋或檩条焊接牢固；

所述主肋或檩条与所述主体结构之间的相应杆件的连接节点处，所述主体结构之间的相应杆件设置加劲板和封口板。

本发明的钢骨架膨石泄压板包括两种板型：1、用于无檩体系的钢骨架轻型板(简称轻型泄压板)。轻型板由两部分组成即钢骨架和改性水泥膨胀珍珠岩复合材料，又称膨石轻质节能材料(简称“膨石”)芯材，该板为订制板(见图1)。2、用于有檩体系的膨石轻质节能板(简称膨石板)。膨石板是由“膨石”芯材和冷拔低碳钢丝网组成，该板为定尺预制板。

本发明的有益效果可以总结如下：

钢骨架膨石泄压板具有保温、隔热、防火、隔声、泄压、承重等特点。通过一系列的动态破坏试验检验，由膨石构成的泄压板在动载作用下具有优良的泄压性能。

1.轻质

该系列泄压板单位面积质量为45～50kg／m²。满足《建筑设计防火规范》GB50016-2006所规定的作为泄压设施的轻质屋面板和轻质墙板的单位面积质量不宜超过60kg／m²和《民用爆破器材工程设计安全规范》GB50089-2007、《烟花爆竹工程设计安全规范》GB50161-2009、《火药、炸药、弹药、引信及火工品工厂设计安全规范》中1.3级、C级厂房应采用轻质泄压屋面、轻质泄压屋面、轻质易碎屋面单位面积质量不应超过80kg／m²的要求。

2.易碎

泄压板的泄压阈值约为8.0KN／m²～10.0KN／m²左右，爆炸危险性物质产生的冲击超差压一般为几百千帕到几千千帕以上，因此在冲击波超压作用下该系列泄压板将产生碎裂破坏，碎裂破坏将产生足够大的泄压面积，满足有爆炸危险性的厂房、库房爆炸时所需的最大泄压面积。

3.避免二次危害的发生

该系列泄压板泄压性能良好，冲击波超压峰值瞬间降至零。

试验所用主体结构经历了七次原型试验，但主体结构未发生明显变形。泄压充分起到了保护主体结构的作用。

产生的破片质量可控。破片飞行速度小于等于12m／s、大部分碎片所产生的冲量小于等于80J，对人体不会产生伤害。

最大飞行距离不超过12m。满足过有危险性建筑物之间或危险性建筑物与其它建筑物之间当无屏障时的最小允许距离的要求。

4.易恢复

膨石板与檩条采用螺栓连接方式，在冲击波采用作下：膨石板碎裂破坏，但檩条和螺栓均完好无损、换板简便易行，是该系列泄压板的突出优点。

目前该系列泄压板已具备设计、制作、批量生产的条件，可以广泛运用到有爆炸危险的工程中，如航空、航天、化工、石油、石化、兵器、制药等行业。

附图说明

图1为轻型板钢骨架构造简图；

图2为钢骨架膨石泄压板剖面图；

图3为钢丝网与主肋连接方式示意图；

图4为钢丝网与钢檩条连接方式示意图；

图5为轻型板与主体结构连接方式示意图；

图6为膨石板与主体结构连接方式示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图6所示的一种钢骨架膨石泄压板，包括钢骨架1和铺设在所述钢骨架1之上的钢丝网2，所述钢骨架1和所述钢丝网2之上设有膨石轻质芯材4，所述膨石轻质芯材4之上设有水泥基复合抗渗保护层3，所述钢骨架1和所述钢丝网2之下设有主筋保护层5；所述钢骨架膨石泄压板的单位面积质量为40kg／m²～50kg／m²，泄压阈值约为8.0KN／m²～10.0KN／m²；所述膨石轻质芯材4为350级～450级的膨石芯材，所述主筋保护层5厚度为15～20mm；所述水泥基复合抗渗保护层3的厚度为1mm～3mm。

在更加优选的实施例中，所述水泥基复合抗渗保护层3为优质复合型耐久性涂层；所述膨石轻质芯材4是由水泥、膨胀珍珠岩及水配合，经过凝固、硬化生成的膨石轻质节能材料，是一种各组份具有不同性质的多相复合材料；其中的水泥和膨胀珍珠岩能够看作水泥为基相，膨胀珍珠岩为分散相的二组份体系。

在更加优选的实施例中，所述膨石轻质芯材4为400级的膨石芯材；所述钢丝网2为冷拔低碳钢丝网，所述冷拔低碳钢丝网的网间距不大于150mm，钢筋搭接长度不小于200mm。

在更加优选的实施例中，所述钢骨架膨石泄压板的厚度不小于100mm。

一种利用根据所述的钢骨架膨石泄压板的泄压结构，还包括主体结构、配件6和主肋7或檩条；所述钢丝网2和所述配件6与所述主体结构之间均应相互连接；所述配件6与所述钢丝网2之间采用双向双面焊，连接牢固；角钢与所述主肋7采用双面焊牢；所述钢丝网2与所述主肋7或檩条的连接方式为，所述钢丝网2仅与一侧的所述主肋7或檩条焊接牢固；所述主肋7或檩条与所述主体结构之间的相应杆件的连接节点处，所述主体结构之间的相应杆件设置加劲板和封口板。

如图2所示的钢骨架膨石泄压板的3厚水泥基复合抗渗保护层3是优质复合型耐久性涂层，保证构件在规定的设计使用年限内，在规定条件下完成预定功能。400级膨石轻质芯材4是由水泥、膨胀珍珠岩及水按一定配合比配合，经过凝固、硬化生成膨石轻质节能材料，它是一种各组份具有不同性质的多相复合材料。水泥膨胀珍珠岩可看作水泥石为基相，膨胀珍珠岩为分散相的二组份体系。

泄压板应满足二种工况的使用要求，即承载力极限状态、正常使用极限状态(简称正常状态)的使用要求和爆炸冲击波超压作用状态(简称爆炸状态)的易碎要求。该系列泄压板，单位面积质量40kg／m²～50kg／m²。而且在对其做单点集中加载试验时，整个加载过程膨石轻质节能材料表现出良好的力传递性能。泄压板的泄压阈值约为8.0KN／m²～10.0KN／m²左右，在定量力作用下芯材将产生碎裂。由此可以看出钢骨架膨石泄压板具有轻质、传力、并在一定荷载作用下易碎的性能。

研究认为，碎片质量、飞行速度是产生危害的主要元素，散落范围是衡量二次危害影响大小的标准。

原型板试验分析表明：随着装药量的增加，碎片的飞行高度、腾空数量、冲量均同时增加。随着作用时间增加、碎片的飞行速度呈上升态势，达到一定峰值而后开始减小。当飞行速度为零时，飞行距离达到最大值。在同一时刻破片质量大、飞行速度就慢、飞行距离就近。

从高速摄像可以看出，在同一时刻当装药量为2.4kgTNT时。碎片飞行速度12.6m／s，飞行高度4.7m，碎片质量0.389kg，冲量102.6J。当装药量为3.6kgTNT时。碎片飞行速度12.3m／s，飞行高度9.84m，碎片质量0.28kg，冲量211.5J。当装药量为4.8kgTNT时。碎片飞行速度28.85m／s，飞行高度2.067m，碎片质量0.137kg，冲量456.8J。当该破片飞行高度为6.16m时，碎片变成粉尘。

分析表明：碎片向上飞行造成二次危害的机率较小，关键是冲击波超压峰值的大小、泄压作用、压力降低的快慢、破片散落时的质量大小、高度和下降速度。多次试验表明超压由峰值变为零超压所用时间约为5-8ms，超压快速下降会大大减轻对主体结构、人员和设备的损伤。碎片在散落的过程中，由于空气阻力和相互间碰撞力，碎片将进一步变小，所产生的冲量值一般小于等于80J，不会对人体造成伤害。

碎片散落的范围和分布特征分五种形态：形态一，当碎片最大边长大于等于15cm时，碎片大部分散落在钢丝网2上，数量约5％-15％左右，与装药量有关，装药量小，散落的数量就大，装药量大，散落得数量就小。形态二，50％-60％的碎片和粉末散落在板下地面上呈堆积态。形态三，15％-20％的粉末沿建筑物周边1.5m-3.0m范围内散落，呈密集态。形态四，10％-15％的碎片粉末距建筑物3.0-9.0米范围内散落，呈稀疏态。形态五，3％-5％，边长小于等于30mm的碎片散落在距建筑物10m-12m范围内散落。呈点状分布，即每平方米内约4-7块。

通过单板破坏效应试验和现场原型试验，我们明确了钢骨架膨石泄压板构造方面的要求：

1.泄压板的钢骨架1、冷拔低碳钢丝网2和配件6与主体结构之间均应相互连接，避免爆炸发生时产生二次危害。

2.配件6与冷拔低碳钢丝网2之间采用双向双面焊，连接牢固。

3冷拔低碳钢丝网2与主肋7或檩条连接做法(见图3、图4)，要求仅与一侧主肋7或檩条焊接牢固，不得采用两侧同时焊接做法。这样做主要是为了避免原型板的型材边框和底部冷拔低碳钢丝网2产生较大的翘曲变形。

4.主肋7或檩条与主体结构连接做法(见图5、图6)。其中，在图4-6中，图标8为增加干硬性膨石轻质节能材料，图标9为膨石轻质节能板，图标10为50*50*4垫板，图标11为M10螺栓，图标12为30*30*3方钢管，图标13为钢檩条，图标14为钢骨架轻型泄爆屋面板，图标15为主体结构钢梁。

5.主肋7和檩条与主体结构相应杆件连接节点处主体结构杆件应设加劲板和封口板，提高杆件的局部稳定性。

6.泄压板主筋保护层5厚度宜为15～20mm，该保护层主要起避免冷拔低碳钢丝网2直接承受外界环境的侵袭。

7.泄压板厚度不小于100mm.受力冷拔低碳钢丝网2间距不大于150mm。钢筋搭接长度不小于200mm。

目前工程中一般采用压型钢板、夹芯板代替，但还存在易碎性能不好、耐久性差等问题。

2011年11月1日11时30分许，两辆装载72吨炸药的货车，在贵州省黔南州福泉市马场坪收费站附近发生爆炸，事故造成8人死亡，218人受伤。事故发生后，现场爆心附近及不远的一座小山上散布着大量压型钢板残片，尺寸从几十厘米到一米以上的都有。

从这个事故中我们可以看出，压型钢板、夹芯板在爆炸冲击波的作用下是以比较大的尺寸碎片型式飞出的，并且碎片边缘较锋利，因此如果做为有泄压要求场所的泄压屋面，将会给事故现场周边人员造成较大的次生伤害。

与上面事故对比的是，在本次钢骨架轻型屋面板(即钢骨架膨石泄压板)泄压性能研究的爆炸实验中，可以很明显的看到爆炸后板材是以碎块的型式飞散的，冲击波超压越大，碎块粉碎的效果越好，并且由于碎块较轻，受空气阻力影响较大，根据实验数据，在碎块飞行10m后，碎块能量普遍已经衰减到10焦耳以下。这时基本不会对人员造成较严重的伤害。

以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种钢骨架膨石泄压板，其特征在于：包括钢骨架和铺设在所述钢骨架之上的钢丝网，所述钢骨架和所述钢丝网之上设有膨石轻质芯材，所述膨石轻质芯材之上设有水泥基复合抗渗保护层，所述钢骨架和所述钢丝网之下设有主筋保护层；所述主筋保护层厚度为15～20mm；所述水泥基复合抗渗保护层的厚度为1mm～3mm；所述钢骨架膨石泄压板的单位面积质量为40㎏/㎡～50㎏/㎡，泄压阈值为8.0KN/㎡～10.0KN/㎡；所述膨石轻质芯材为350级～450级的膨石芯材；

所述水泥基复合抗渗保护层为优质复合型耐久性涂层；所述膨石轻质芯材是由水泥、膨胀珍珠岩及水配合，经过凝固、硬化生成的膨石轻质节能材料，是一种各组份具有不同性质的多相复合材料；其中的水泥和膨胀珍珠岩能够看作水泥为基相，膨胀珍珠岩为分散相的二组份体系；

所述钢丝网为冷拔低碳钢丝网，所述冷拔低碳钢丝网的网间距不大于150mm，钢筋搭接长度不小于200mm。

2.根据权利要求1所述的钢骨架膨石泄压板，其特征在于：所述膨石轻质芯材为400级的膨石芯材。

3.根据权利要求1所述的钢骨架膨石泄压板，其特征在于：所述钢骨架膨石泄压板的厚度不小于100mm。

4.一种利用根据权利要求1-3任意一项所述的钢骨架膨石泄压板的泄压结构，其特征在于：还包括主体结构、配件和檩条；

所述钢丝网与所述檩条的连接方式为，所述钢丝网仅与一侧的所述檩条焊接牢固；

所述檩条与所述主体结构之间的相应杆件的连接节点处，所述主体结构之间的相应杆件设置加劲板和封口板。