CN105781364B - 交错拼装式钢板‑rpc抗爆门施工方法 - Google Patents

交错拼装式钢板‑rpc抗爆门施工方法 Download PDF

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Abstract

交错拼装式钢板‑RPC抗爆门及其施工方法，抗爆门：门扇正面钢板、门扇反面钢板与数个内肋梁所形成的空腔内填充有RPC内芯。抗爆门的施工方法：一、按尺寸制作门扇正面钢板、门扇反面钢板和内肋梁；二、计算所需要钢筋的数目；三、内肋梁沿长度方向开钢筋孔；四、门扇正面钢板与奇数号内肋梁进行焊接，门扇反面钢板与偶数号内肋梁进行焊接；五、将门扇正面钢板与门扇反面钢板交错拼装，将钢筋穿入钢筋孔中；六、将活性粉末混凝土浇筑到门扇正面钢板、门扇反面钢板与数个内肋梁所形成的空腔内，静置48h；七、抗爆门送入90℃蒸汽养护室养护72h；八、28天后，RPC与钢板有效粘结形成钢板‑RPC抗爆门。本发明用于抗爆防护工程中。

Description

交错拼装式钢板-RPC抗爆门施工方法
技术领域
本发明涉及一种抗爆门，具体涉及一种交错拼装式钢板-活性粉末混凝土(RPC)抗爆门施工方法。
背景技术
爆炸事故时有发生，例如2015年天津滨海新区爆炸事故，影响巨大，损失惨重。设置抗爆门是有效防止爆炸危害扩散的一种抗爆防护方法。目前，市场上常见的抗爆门为梁板式钢抗爆门，该抗爆门的内部存在空腔，其缺点是在抗爆等级高的工程中应用受到限制，且造价偏高；另外，梁板式钢抗爆门及其他组合抗爆门门体焊缝较多，焊接施工空间狭小，焊缝质量难以保证，在爆炸荷载作用下焊缝易先于钢板破坏，是抗爆门的薄弱环节；因此，研发抗爆等级高、造价低，焊缝数量少并且施工便捷的抗爆门，是迫切需求。
发明内容
本发明为解决现有梁板式钢抗爆门内部存在空腔，在抗爆等级高的工程中应用受到限制，且造价偏高，以及焊缝太多，焊缝质量难以保证的问题，进而提出一种交错拼装式钢板-RPC抗爆门施工方法。
本发明的是通过以下技术方案来实现的：
一种交错拼装式钢板-RPC抗爆门，其组成包括门扇正面钢板、门扇反面钢板、数个内肋梁、数根钢筋和RPC内芯，门扇正面钢板与门扇反面钢板平行设置，数个内肋梁水平设置在门扇正面钢板与门扇反面钢板之间，数个内肋梁沿门扇高度方向等间距设置，每个内肋梁沿长度方向设有数个钢筋孔，数个钢筋孔沿同一直线等间距设置，数个内肋梁中一个纵向钢筋孔中贯穿一根钢筋，钢筋孔的数量大于钢筋的根数，门扇正面钢板、门扇反面钢板与数个内肋梁所形成的空腔内填充有RPC内芯。
一种交错拼装式钢板-RPC抗爆门的施工方法，所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、按照所需抗爆门门扇尺寸制作门扇正面钢板、门扇反面钢板和内肋梁；步骤
二、计算所需要钢筋的数目n：n的计算按等抗力原则，其计算公式如下：
其中，As为钢筋的截面面积，fys为钢筋的抗拉屈服强度，fy为内肋梁的抗拉屈服强度， bl为内肋梁的长度，bm为内肋梁的厚度；
步骤三、将内肋梁沿长度方向每隔100mm于中心位置开钢筋孔，钢筋孔的直径为钢筋直径+2mm；
步骤四、将门扇正面钢板与奇数号内肋梁进行焊接，将门扇反面钢板与偶数号内肋梁进行焊接；
步骤五、将步骤四焊接完成的门扇正面钢板与门扇反面钢板进行交错拼装，且上、下钢筋孔正对，将步骤二确定的钢筋数目n穿入钢筋孔中；
步骤六、将活性粉末混凝土浇筑到门扇正面钢板、门扇反面钢板与数个内肋梁所形成的空腔内，浇筑完毕后，静置48h；
步骤七、将步骤六浇筑完成的钢板-RPC抗爆门送入90℃蒸汽养护室进行养护，养护 72h；
步骤八、从浇筑RPC当天算起，28天后，RPC标准立方体抗压强度在100MPa～200MPa之间，峰值压应变在3000～5000με之间，RPC与钢板形成有效粘结，钢板-RPC抗爆门制作完成。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
一、活性粉末混凝土(RPC)是一种超高强度水泥基复合材料，由于增加了组分的细度和反应活性，被称为活性粉末混凝土。活性粉末混凝土与普通混凝土相比，RPC强度高(抗压强度可达200～800MPa，抗折强度在20～100MPa之间)，峰值拉、压应变和极限拉、压应变大，还可根据需求掺入纤维改善性能，具有良好的阻裂、耗能、抗冲击能力，因此，将RPC与抗爆门有机结合，一方面提高抗爆门抗爆能力，一方面通过降低了钢板厚度实现降低抗爆门造价的目标。本发明是通过内肋梁交错拼装在门扇正面钢板和门扇反面钢板上，通过贯穿于内肋梁的钢筋和RPC浇筑，有效粘结为整体的钢板-RPC抗爆门；利用钢板-RPC抗爆门作为抗爆防护设施，可以有效防止爆炸危害扩散；与传统梁板式钢抗爆门和钢板-混凝土抗爆门相比，明显降低钢板最大主应力、门扇位移响应和抗爆门造价。
二、交错拼装式钢板-RPC抗爆门的设计，可以大大减小焊缝的数量，减小残余应变，保证了抗爆门的质量。
三、交错拼装式钢板-RPC抗爆门的施工工艺，可以有效避免双面钢板抗爆门的焊接连接的施工难度。
四、与钢材相比，活性粉末混凝土(RPC)比热大、导热系数小、密度小，与传统钢板抗爆门相比，钢板-RPC抗爆门耐火性能更好，满足相同耐火极限要求时，钢板-RPC抗爆门所需防火涂料更少。
五、贯穿于内肋梁钢筋孔3-1中的钢筋，代替了焊接连接，既减少了焊缝数量又能够保证连接承载力不低于内肋梁的抗拉承载力。
六、内肋梁中心线设置钢筋孔3-1，基本不消弱内肋梁的抗弯承载力，又可保证RPC浇筑过程中连为一体，提高了抗爆门的整体性。
附图说明
图1是本发明的交错拼装式钢板-RPC抗爆门的整体结构主视图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是图1的俯视图；
图4是具体实施方式六步骤三中将门扇正面钢板1与奇数号内肋梁3焊接的示意图；
图5是具体实施方式六步骤三中将门扇正面钢板1与偶数号内肋梁3焊接的示意图；
图6是门扇中心位移时程曲线图(图中为钢板抗爆门、为钢板-RPC抗爆门I、为钢板-RPC抗爆门II、为钢板-RPC抗爆门III)。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式包括门扇正面钢板1、门扇反面钢板2、数个内肋梁3、数根钢筋4和RPC内芯5，门扇正面钢板1与门扇反面钢板2平行设置，数个内肋梁3水平设置在门扇正面钢板1与门扇反面钢板2之间，数个内肋梁3沿门扇高度方向等间距设置，每个内肋梁3沿长度方向设有数个钢筋孔3-1，数个钢筋孔3-1沿同一直线等间距设置，数个内肋梁3中一个纵向钢筋孔3-1中贯穿一根钢筋4，钢筋孔3-1的数量大于钢筋4的根数，门扇正面钢板1、门扇反面钢板2与数个内肋梁3所形成的空腔内填充有RPC内芯5。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的门扇正面钢板1与门扇反面钢板2的厚度相同，可选用45#碳素钢。其它连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式的内肋梁3的厚度为3mm～5mm，相邻两个内肋梁3的间距为200mm～500mm。其它连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式的内肋梁3的厚度为4mm，相邻两个内肋梁3的间距为350mm。其它连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式的钢筋4采用HRB500牌号的钢筋。这个牌号的钢筋能够满足抗爆门承载力的要求。其它连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式六：结合图4和图5说明本实施方式，本实施方式的方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、按照所需抗爆门门扇尺寸制作门扇正面钢板1、门扇反面钢板2和内肋梁3；步骤二、计算所需要钢筋4的数目n：n的计算按等抗力原则(等抗力原则是指保证同一横截面内钢筋抗剪承载力不低于内肋梁抗拉承载力)，其计算公式如下：
其中，As为钢筋的截面面积，fys为钢筋4的抗拉屈服强度，fy为内肋梁3的抗拉屈服强度，bl为内肋梁3的长度，bm为内肋梁3的厚度；
步骤三、将内肋梁3沿长度方向每隔100mm于中心位置开钢筋孔3-1，钢筋孔3-1
的直径为钢筋4直径+2mm；
步骤四、将门扇正面钢板1与奇数号内肋梁3(即第1、3、5…根内肋梁3)进行焊接，见图4，进行焊接，将门扇反面钢板2与偶数号内肋梁3(第2、4、6…根内肋梁3) 进行焊接，见图5；
步骤五、将步骤四焊接完成的门扇正面钢板1与门扇反面钢板2进行交错拼装，且上、下钢筋孔3-1正对，将步骤二确定的钢筋数目n穿入钢筋孔3-1中；
步骤六、将活性粉末混凝土浇筑到门扇正面钢板1、门扇反面钢板2与数个内肋梁3所形成的空腔内，浇筑完毕后，静置48h；
步骤七、将步骤六浇筑完成的钢板-RPC抗爆门送入90℃蒸汽养护室进行养护，养护 72h；
步骤八、从浇筑RPC当天算起，28天后，RPC标准立方体抗压强度在100MPa～200MPa之间，峰值压应变在3000～5000με之间，RPC与钢板形成有效粘结，钢板-RPC抗爆门制作完成。
具体实施方式七：结合图4和图5说明本实施方式，本实施方式是步骤六中活性粉末混凝土的配制方法：
活性粉末混凝土由水泥、矿渣、硅灰、石英砂、高效减水剂、钢纤维和水组成，水泥、矿渣、硅灰、石英砂、减水剂、钢纤维和水按质量份数为：水泥1份、矿渣0.15份、硅灰 0.3份、石英砂1.1～1.5份、减水剂0.02～0.1份、钢纤维0～0.2份和水0.16～0.23份，采用60L 单轴卧式强制式混凝土搅拌机对上述材料进行搅拌，其搅拌工艺：投入上述份数的水泥、硅灰、矿渣、石英砂和减水剂，均匀搅拌3min，然后加水搅拌6min，再加入钢纤维后搅拌6min后，得到活性粉末混凝土。
水泥采用P·O42.5普通硅酸盐水泥，水泥化学成分见表1。
矿渣和硅灰选用S95级矿渣，SiO2含量36.9％，比表面积4750cm2/g；选用的微硅粉中 SiO2含量75-96％，比表面积20～28m2/g，矿渣和硅灰的化学成分均见表2。
表1水泥、硅灰及矿渣的化学成分(％)
石英砂选用40～70目(0.6～0.36mm)和70～140目(0.36～0.18mm)的石英砂，两种目数的石英砂比例为1:1，SiO2含量超过99.6％。
减水剂选用FDN-A浓缩型高效减水剂，粉剂。减水剂是获得高强度、低水胶比和良好流动性的关键因素。
钢纤维选用平直型镀铜钢纤维，其平均长度为13mm，平均直径为0.22mm。
水采用自来水。
RPC配合比具体配比见表2，钢纤维为混凝土的体积掺量。
表2试验用RPC配合比(质量比)
注：水胶比为水与胶凝材料(水泥、硅灰、矿渣)质量比。
具体实施方式八：结合图4和图5说明本实施方式，本实施方式是水泥、矿渣、硅灰、石英砂、减水剂、钢纤维和水按质量份数为：水泥1份、矿渣0.15份、硅灰0.3份、石英砂1.3份、减水剂0.05份、钢纤维0.1份和水0.2份。其它步骤与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：本实施方式是步骤六中活性粉末混凝土浇筑方法：先在地面上设置光滑平整的钢板，在钢板上铺放彩条布，将交错拼装完成的抗爆门门扇侧面朝下放置在彩条布上，以防止浇注过程中漏浆，将活性粉末混凝土浇筑到侧面放置的抗爆门空腔内，在振动台上振动成型。钢筋4可有效避免抗爆门门扇振动过程中发生过大侧向变形。由于RPC 流动性较小且凝固时间短，浇筑成形时可沿门扇侧面高度方向分层浇筑、分层振动。该方法形成的RPC空隙少，密实度高，且活性粉末混凝土(RPC)通过内肋梁3的钢筋孔3-1 间连通。其它步骤与具体实施方式六或八相同。
具体实施方式十：本实施方式是步骤八中RPC标准立方体抗压强度为150MPa，峰值压应变在4000με。其它步骤与具体实施方式六相同。
钢板-RPC抗爆门与钢板抗爆门的性能及造价方面的优势对比如下：
利用ANSYS有限元软件，模拟4种抗爆门工况列于表3。
表3不同类型抗爆门数值模拟分析
从表3可知，用RPC填充抗爆门空腔后，与钢板抗爆门相比，门扇中心平衡位移降低86％。对比钢板抗爆门、钢板-RPC抗爆门II和钢板-RPC抗爆门III可知，用RPC填充抗爆门空腔后，若将抗爆门门扇钢板厚降低为3mm，中心平衡位移为10.96mm，见图6，抗爆门未发生破坏。与钢板抗爆门相比，钢板-RPC抗爆门III既能使抗爆门中心平衡位移降低65％，同时又能实现造价节省22％。用RPC填充钢抗爆门空腔，不仅能够显著降低门扇中心平衡位移，提高抗爆等级，而且可显著降低工程造价。

Claims (5)

1.一种交错拼装式钢板-RPC抗爆门的施工方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、按照所需抗爆门门扇尺寸制作门扇正面钢板(1)、门扇反面钢板(2)和内肋梁(3)；
步骤二、计算所需要钢筋(4)的数目n：n的计算按等抗力原则，其计算公式如下：
<mrow> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>b</mi> <mi>l</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>b</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>y</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>A</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>f</mi> <mrow> <mi>y</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mn>0.58</mn> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，As为钢筋的截面面积，fys为钢筋(4)的抗拉屈服强度，fy为内肋梁(3)的抗拉屈服强度，bl为内肋梁(3)的长度，bm为内肋梁(3)的厚度；
步骤三、将内肋梁(3)沿长度方向每隔100mm于中心位置开钢筋孔(3-1)，钢筋孔(3-1)的直径为钢筋(4)直径+2mm；
步骤四、将门扇正面钢板(1)与奇数号内肋梁(3)进行焊接，将门扇反面钢板(2)与偶数号内肋梁(3)进行焊接；
步骤五、将步骤四焊接完成的门扇正面钢板(1)与门扇反面钢板(2)进行交错拼装，且上、下钢筋孔(3-1)正对，将步骤二确定的钢筋数目n穿入钢筋孔(3-1)中；
步骤六、将活性粉末混凝土浇筑到门扇正面钢板(1)、门扇反面钢板(2)与数个内肋梁(3)所形成的空腔内，浇筑完毕后，静置48h；
步骤七、将步骤六浇筑完成的钢板-RPC抗爆门送入90℃蒸汽养护室进行养护，养护72h；
步骤八、从浇筑RPC当天算起，28天后，RPC标准立方体抗压强度在100MPa～200MPa之间，峰值压应变在3000～5000με之间，RPC与钢板形成有效粘结，钢板-RPC抗爆门制作完成。
2.根据权利要求1所述的交错拼装式钢板-RPC抗爆门的施工方法，其特征在于：所述步骤六中活性粉末混凝土的配制方法：活性粉末混凝土由水泥、矿渣、硅灰、石英砂、高效减水剂、钢纤维和水组成，水泥、矿渣、硅灰、石英砂、减水剂、钢纤维和水按质量份数为：水泥1份、矿渣0.15份、硅灰0.3份、石英砂1.1～1.5份、减水剂0.02～0.1份、钢纤维0～0.2份和水0.16～0.23份，采用60L单轴卧式强制式混凝土搅拌机对上述材料进行搅拌，其搅拌工艺：投入上述份数的水泥、硅灰、矿渣、石英砂和减水剂，均匀搅拌3min，然后加水搅拌6min，再加入钢纤维后搅拌6min后，得到活性粉末混凝土。
3.根据权利要求2所述的交错拼装式钢板-RPC抗爆门的施工方法，其特征在于：水泥、矿渣、硅灰、石英砂、减水剂、钢纤维和水按质量份数为：水泥1份、矿渣0.15份、硅灰0.3份、石英砂1.3份、减水剂0.05份、钢纤维0.1份和水0.2份。
4.根据权利要求1或2所述的交错拼装式钢板-RPC抗爆门的施工方法，其特征在于：所述步骤六中活性粉末混凝土浇筑方法：先在地面上设置光滑平整的钢板，在钢板上铺放彩条布，将交错拼装完成的抗爆门门扇侧面朝下放置在彩条布上，将活性粉末混凝土浇筑到侧面放置的抗爆门空腔内，在振动台上振动成型。
5.根据权利要求4所述的交错拼装式钢板-RPC抗爆门的施工方法，其特征在于：步骤八中RPC标准立方体抗压强度为150MPa，峰值压应变在4000με。
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