CN110714699B - 装配式预应力超高强型钢-自应力纤维混凝土防护门 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种装配式预应力超高强型钢‑自应力纤维混凝土防护门，包括弧形消能装置(1)、超高强型钢‑自应力纤维混凝土主梁(2)和左、右超高强型钢侧挡(4、5)；所述弧形消能装置(1)与主梁(2)顶端通过装配连接件(3)可拆式固定连接，所述左、右侧挡(4、5)分别与主梁(2)的左、右两侧通过装配连接件(3)可拆式固定连接；所述弧形消能装置(1)和左、右侧挡(4、5)均由超高强钢预制而成；所述主梁(2)由超高强型钢和自应力纤维混凝土预制而成。本发明的防护门，具有抗力水平高、门体轻、施工快速、应用范围广的特点。
Description
技术领域
本发明属于防护工程技术领域，特别是一种抗力水平高、门体轻、施工快速、应用范围广的装配式预应力超高强型钢-自应力纤维混凝土防护门。
背景技术
防护工程是国防力量的重要组成部分，是国家生产和发展的重要安全保障，也是国防实力和国防力量的重要体现。长期以来，在遏制外敌侵略、巩固国防和保障国家安全方面发挥了重要作用，成为重要的威慑力量。防护门结构作为防护工程结构主体与地表面连通的重要部位，提供人员、车辆、武器弹药、装备与物资等进出以及通风、排水和排烟等使用，极有可能成为爆炸冲击波、核爆炸产生的放射性微粒、毒剂和生物战剂的入口，是防护工程结构的薄弱环节，更是重点打击的部位，对保护结构内部人员、仪器设备安全，保障战时的整体安全具有决定性作用。
我国于上世纪70年代开始修筑防护工程结构，初期主要以砖混结构、普通钢筋混凝土结构为主，整体构造简单，多以木质、钢制防护门为主，结构整体防护能力较弱，且其周边位置未能设置有效的防护措施。随着钢材生产工艺的不断成熟和混凝土材料强度的不断提高，中期修筑的防护门结构多采用钢结构、平板或拱形混凝土结构，以型钢混凝土组合结构为主，对抗力指标要求较低的采用拱形加劲肋钢丝网水泥门，使得防护能力得到进一步提高。随着各种高精度制导武器系统威力和能效的快速发展，对防护门的抗力要求也与日俱增，为了不断提高防护门的抗打击能力，后期修筑的防护门多以钢包混凝土或钢包钢管混凝土结构为主，部分采用工字钢、槽钢等型钢组成门扇骨架，内外侧焊接适当厚度的钢板。对于某些较大跨度的洞库，多采用拉杆拱壳钢筋混凝土结构，门扇内弧处设置钢桁架。
尽管防护门结构经过几十年的研究和发展，抗力水平得到极大提高，但仍然存在如下缺陷：
1、防护标准和抗力等级偏低。现有的防爆设计标准主要以抵抗常规武器爆炸荷载效应为主，而现代战争是高技术战争，在火力系统、打击规模和强度等方面得到前所未有的发展，具有显著的非线性特征，各种远程、超远程精密制导武器系统层出不穷，使得防护门的设防标准和抗力等级还需要进一步的提高。
2、门体厚重，启闭繁琐，建造和维护成本高。早期设计主要以增大门体结构的截面和厚度来提高抗力水平，而截面和厚度的增加必然导致钢材用量和混凝土重量的增加，由此导致门体结构较为厚重，对启闭系统的设计要求较高。除此之外，工程量的增加必然导致施工工期的延长，进一步增加了建造和维护成本。
3、基础部分施工标准要求高，防护工程结构选址受到限制。厚重的门体结构必然增加了地基发生沉降的可能，尤其是不均匀沉降的发生，增加了基础部分的施工难度，延长了施工工期。除此之外，较大的门体结构增加了防护工程被暴露的风险，使得工程结构的选址受到了一定的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种装配式预应力超高强型钢-自应力纤维混凝土防护门，具有抗力水平高、门体轻、施工快速、应用范围广的特点。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种装配式预应力超高强型钢-自应力纤维混凝土防护门，包括弧形消能装置1、超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁2和左、右超高强型钢侧挡4、5；所述弧形消能装置1与超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁2顶端通过装配连接件3可拆式固定连接，所述左、右超高强型钢侧挡4、5分别与超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁2的左、右两侧通过装配连接件3可拆式固定连接；所述弧形消能装置1和左、右超高强型钢侧挡4、5均由超高强钢预制而成；所述超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁2由超高强型钢和自应力纤维混凝土预制而成。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、结构型式新颖，抗爆炸冲击能力强。
本发明从削弱爆炸冲击波作用荷载和优化防护门结构型式两个关键点入手，创造性的提出装配式预应力超高强型钢-自应力纤维混凝土防护门结构。其中，该发明中的弧形消能装置可以有效地减弱爆炸冲击波的作用荷载，同时将冲击荷载分配到相邻主梁上，进一步降低爆炸冲击波对结构的损伤。采用中空的超高强型钢箱形截面主梁可以极大地减轻结构自身的重量，同时有效地提高该防护门结构的抗弯承载力和延性变形能力。设计在超高强型钢箱形截面主梁底板内的预应力筋束，可以有效地减小混凝土裂缝开展程度，节省钢材的用量，进一步降低防护门结构的自重，提高该防护门结构的抗爆炸冲击能力和协同变形能力。
2、重量轻，施工工艺先进，建造、维修和养护成本较低。
本发明采用空心箱形截面主梁替代传统实心矩形截面主梁，极大地减小了防护门结构的自重，同时提高了防护门截面的抗弯刚度，节省了钢材、混凝土等材料的用量。在建造方法上采用预制拼装式施工工艺，所有预制装配件均在工厂内制造完成，施工质量易于保证，运至施工现场后通过装配连接件拼装到一起。与传统施工方法相比，施工速度明显加快，施工难度和建造成本降低。除此之外，传统防护门结构在遭受爆炸袭击发生损毁后很难进行修复和加固，大多数情况下需要拆除重建，施工难度高，且重建和维修费用昂贵，而本发明可以根据需要适时更换装配件，有效的克服了这些问题，极大的降低防护门的维修与加固难度，极大的节省建造、维修和养护成本。
3、基础开挖量小，施工难度低，应用范围广泛。
本发明不仅从结构型式等方面进行了优化设计，在建造材料的选择方面也提出了设计建议。采用超高强型钢抗拉强度大于950MPa，韧性大于20％替代普通钢材，采用高性能自应力纤维混凝土替代传统混凝土。在保证结构抗力水平不变的情况下，极大地减小了门体结构的截面宽度和厚度，节省钢材的同时降低自重，使得基础部分的开挖量减小，施工难度降低。本发明适用于所有需要进行防爆抗冲击设计的结构中，应用范围更为广泛。
4、材料制造工艺成熟，结构整体性好。
该发明主要由超高强钢材和高性能自应力纤维混凝土两种材料组成。其中，钢材因具有较高的抗拉强度、韧性、良好的延性和可焊接性而在工程结构中广泛使用，现有钢材的加工制造工艺成熟，极限抗拉强度可超过1000MPa，且韧性不低于20％。收缩和徐变作为混凝土材料的固有特性之一，随着混凝土体积的增加宏观表现越明显，而收缩使得混凝土内部产生拉应力，导致微裂纹的出现，甚至在界面粘结处产生界面分离，严重影响混凝土结构的整体受力性能。与传统混凝土相比，高性能自应力纤维混凝土具有更高的强度、延性和抗裂性能以及不收缩的特性，可以很好的解决大体积混凝土收缩过大的问题。除此之外，预应力筋材的加入在提高抗爆炸冲击能力的同时，使得本发明中的装配式预应力超高强型钢-自应力纤维混凝土防护门结构的整体性能得到显著提高。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明装配式预应力超高强型钢-自应力纤维混凝土防护门结构的立体结构示意图。
图2为图1的正视图。
图3为图1的左侧视图.
图4为图1的俯视图。
图5为图1中弧形消能装置的结构详图。
其中，图5a为正面图，图5b为侧面图，图5c为立面图；
图6为图1中单片超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁的结构详图；
其中，图6a为正面图、图6b为侧面图，图6c立面图；
图7为图1中装配连接件的结构详图；
其中，图7a为正面图、图7b为侧面图，图7c为立面图。
图中：
1为弧形消能装置示意图，由11弧形超高强型钢和12超高强钢板两部分组成；
2为超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁示意图，由21带翼缘的超高强钢箱形截面预制件、22预制自应力纤维混凝土、23现浇自应力纤维混凝土和24预应力筋束等组成；
3为装配连接件，由31高强螺栓杆、32高强螺杆套和33高强螺帽组成。
具体实施方式
如图1、2、3、4所示，本发明装配式预应力超高强型钢-自应力纤维混凝土防护门，包括弧形消能装置1、超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁2和左、右超高强型钢侧挡4、5；
所述弧形消能装置1与超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁2顶端通过装配连接件3可拆式固定连接，所述左、右超高强型钢侧挡4、5分别与超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁2的左、右两侧通过装配连接件3可拆式固定连接；
所述弧形消能装置1和左、右超高强型钢侧挡4、5均由超高强钢预制而成；
所述超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁2由超高强型钢和自应力纤维混凝土预制而成。
如图2、6所示，
所述超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁2包括并列放置的至少二个箱形截面预制件21，所述每个箱形截面预制件21上下端两侧均带翼缘，相邻箱形截面预制件21之间通过装配连接件3将翼缘可拆式固定连接，并填充以现浇自应力混凝土23；
所述箱形截面预制件21的顶板、底板和腹板内均以自应力纤维混凝土22填实预制，在所述箱形截面预制件21的底板内纵向设置预应力筋束24。
优选地，
所述预应力筋束24采用后张预应力工法设置于所述箱形截面预制件21的底板内。
如图5所示，
所述弧形消能装置1包括平面底板12和多个弧形顶板11，所述多个弧形顶板11并排放置，底端与所述平面底板12上表面固定连接；
所述弧形顶板11的轴向与箱形截面预制件21的轴向相互垂直。
优选地，
所述弧形顶板11的截面为半圆形、弧形、拱形、抛物线形、正弦函数形、余弦函数形之至少一种。
如图7所示，
所述装配连接件3包括螺杆31和与之螺纹匹配的螺帽33，以及套装在所述螺杆31上的螺杆套32；
所述螺杆31、螺帽33和螺杆套32均由超高强钢制成。
优选地，
所述超高强钢为高强碳素钢或高强合金钢，钢材韧性不小于15％，拉伸强度不小于950MPa。
需要特别说明的是：如图1所示的装配式预应力超高强型钢-自应力纤维混凝土防护门为平放于地面的状态，图示上方为正对冲击波的方向。即弧形消能装置1正对冲击波来向。
现以装配式预应力超高强型钢-自应力纤维混凝土防护门结构施工过程为例进行简要说明：
①根据设计要求，明确弧形消能装置1的数量、截面宽度、高度和弧度大小，明确超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁2的数量、截面尺寸和设计长度跨度，明确预应力筋束24的类型和张拉控制应力大小，并计算超高强钢、自应力纤维混凝土和预应力筋束的用量，制定构件预制施工方案。
②在工厂内预制加工弧形消能装置1、箱形预制件21、预应力筋束24、装配连接件3和超高强型钢侧挡4、5。
③在箱形预制件21底板内布设预应力筋束管道，在工厂内完成预制自应力纤维混凝土22的浇筑工作，并在标准条件下养护至混凝土龄期为止，随后进行预应力筋束24的张拉锚固等施工工艺。
④将在工厂内预制加工好的弧形消能装置1、超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁2、装配连接件3和左、右超高强型钢侧挡4、5运至施工现场，先用装配连接件3将超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁2组装到一起，然后利用装配连接件3将弧形消能装置1固定到超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁2的上表面。
⑤在超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁2上部和下部翼缘搭接处灌注自应力纤维混凝土23，并进行养护处理，施工完毕。
Claims (3)
1.一种装配式预应力超高强型钢-自应力纤维混凝土防护门，包括弧形消能装置(1)、超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁(2)和左、右超高强型钢侧挡(4、5)；
所述弧形消能装置(1)与超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁(2)顶端通过装配连接件(3)可拆式固定连接，所述左、右超高强型钢侧挡(4、5)分别与超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁(2)的左、右两侧通过装配连接件(3)可拆式固定连接；
所述弧形消能装置(1)和左、右超高强型钢侧挡(4、5)均由超高强钢预制而成；
所述超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁(2)由超高强型钢和自应力纤维混凝土预制而成；
其特征在于：
所述超高强型钢-自应力纤维混凝土主梁(2)包括并列放置的至少二个箱形截面预制件(21)，所述每个箱形截面预制件(21)上下端两侧均带翼缘，相邻箱形截面预制件(21)之间通过装配连接件(3)将翼缘可拆式固定连接，并填充以现浇自应力混凝土(23)；
所述箱形截面预制件(21)的顶板、底板和腹板内均以自应力纤维混凝土(22)填实预制，在所述箱形截面预制件(21)的底板内纵向设置预应力筋束(24)。
2.根据权利要求1所述的装配式预应力超高强型钢-自应力纤维混凝土防护门，其特征在于：
所述预应力筋束(24)采用后张预应力工法设置于所述箱形截面预制件(21)的底板内。
3.根据权利要求1所述的装配式预应力超高强型钢-自应力纤维混凝土防护门，其特征在于：
所述弧形消能装置(1)包括平面底板(12)和多个弧形顶板(11)，所述多个弧形顶板(11)并排放置，底端与所述平面底板(12)上表面固定连接；
所述弧形顶板(11)的轴向与箱形截面预制件(21)的轴向相互垂直。
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- 2019-10-17 CN CN201910988316.9A patent/CN110714699B/zh active Active
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| CN110714699A (zh) | 2020-01-21 |
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