CN111561070A - 一种波纹型抗爆防火墙及其构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种波纹型抗爆防火墙，由背爆面至迎爆面方向依次设有支撑框架、形变支撑层、波纹板，所述形变支撑层中设有至少一个支撑件，所述支撑件的两端分别与支撑框架、波纹板相连接，所述形变支撑层及波纹板的四周设有围框，所述围框的一端与支撑框架相连接，所述围框的另一端与波纹板相连接。本发明进一步提供一种波纹型抗爆防火墙的构建方法。本发明提供的一种波纹型抗爆防火墙及其构建方法，可以在保证抗爆防火墙结构强度的同时，有效地降低传递到建筑主体结构上的荷载，阻隔爆炸火焰的传播，使得建筑物整体结构的安全性得以保证，保护了建筑物内的人员生命安全。

Description

一种波纹型抗爆防火墙及其构建方法

技术领域

本发明属于抗爆工程技术领域，涉及一种波纹型抗爆防火墙及其构建方法，具体涉及一种可吸收冲击波能量的波纹型复合钢板抗爆防火墙及其构建方法。

背景技术

能源、化工行业一直是爆炸灾害频发的领域，随着近年来国家对安全生产重视程度的提高，如何在火灾爆炸意外发生时保障工作人员的生命安全，是结构设计的重中之重。

一般情况下，建筑物墙体(尤其是填充墙)抵抗侧向荷载的能力较差，是爆炸破坏较为严重的部位，梁柱作为主要承载构件，其抵抗侧向冲击的能力要强得多。而抗爆墙的主要用途就是立在建筑物墙体和爆炸源之间的一道屏障，在爆炸发生时，抗爆墙先于墙体受到冲击波作用，并将荷载传递到其它结构上，从而保护了较为脆弱的墙体。

目前，波纹钢板抗爆墙的应用十分广泛，该抗爆墙是将波纹钢板固定在其背部的支撑框架上，而支撑框架与建筑物主体梁柱等结构刚性连接。该抗爆墙的优点在于，波纹钢板的截面模量远大于平板，所以在相同板厚下其抗弯刚度及侧向承载力大幅度提高，可以保护抗爆墙后的墙体结构(如填充墙)不被爆炸荷载所破坏。但由于抗爆墙的刚度变大，位移变小，其所受的爆炸能量几乎完全传递给了建筑物主体结构，这对主体结构是不利的，增加了建筑物整体失效的风险。例如某抗爆改造项目，原建筑为钢筋混凝土框架式结构，墙体为普通的砌体填充墙。初始计算中，原建筑在爆炸荷载作用下，主体结构框架尚能保持完整，但填充墙破损严重。经过抗爆改造，迎爆面整体覆盖波纹钢板抗爆墙，抗爆墙支撑在主体结构框架上。进一步计算中，由于抗爆墙的保护，填充墙完好，但主体结构受力过大，发生破坏。该例子说明，传统的波纹钢板抗爆墙只是将局部墙体结构所受的爆炸力传递给了主体梁柱结构，在保护局部结构的同时增加了主体结构失效的风险。另外，由于该抗爆板是直接通过支撑框架固定在主体结构上的，几乎没有填充防火材料的空间，所以目前常用的波纹钢板抗爆墙并不具备防火的功能，而火灾和爆炸往往是伴随发生的，单纯抗爆并不能满足大多数情况下的安全要求。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种波纹型抗爆防火墙及其构建方法，其构建的波纹型抗爆防火墙同时具备抗爆及防火功能，在保证抗爆防火墙结构强度的同时，有效地降低传递到建筑主体结构上的荷载，并能够阻隔爆炸火焰的传播，使得整体结构的安全性得以保证，保护了建筑物内的人员生命安全。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种波纹型抗爆防火墙，由背爆面至迎爆面方向依次设有支撑框架、形变支撑层、波纹板，所述形变支撑层中设有至少一个支撑件，所述支撑件的两端分别与支撑框架、波纹板相连接，所述形变支撑层及波纹板的四周设有围框，所述围框的一端与支撑框架相连接，所述围框的另一端与波纹板相连接。

优选地，使用状态下，所述支撑框架的上端与所述建筑物主结构的横梁相连接，所述支撑框架的下端固定于地基中。所述支撑框架设于所述建筑物主结构的墙体迎爆面外。

优选地，所述形变支撑层内填充有防火材料。

更优选地，所述防火材料选自防火岩棉或硅酸铝棉中的至少一种。

优选地，所述支撑件的形状选自Z型或M型中的一种。

优选地，所述支撑件包括有支撑板及位于支撑板两端的第一接触板、第二接触板，所述第一接触板及第二接触板平行于支撑框架、波纹板，所述第一接触板经第一接触面与支撑框架的迎爆面相连接，所述第二接触板经第二接触面与波纹板的背爆面相连接。

更优选地，所述第一接触板与第二接触板相等且对齐。

优选地，所述形变支撑层的四周侧面呈阶梯形，所述形变支撑层的阶梯形侧面由支撑框架至波纹板向内缩进至少一个台阶。

优选地，所述围框包括依次连接的与支撑框架相贴合的第一区段、与形变支撑层相贴合的第二区段、与波纹板相贴合的第三区段，所述第一区段与支撑框架的迎爆面相连接，所述第三区段与波纹板的侧壁相连接。

优选地，所述波纹板包括有若干并列排布的波纹单元，所述波纹单元呈柱形，其横截面呈等腰梯形，所述波纹单元中，对应其等腰梯形横截面的上底边所在的侧面为第一侧面，对应其等腰梯形横截面的下底边所在的侧面为第二侧面，所述第一侧面位于波纹板的背爆面，所述第二侧面位于波纹板的迎爆面。

优选地，所述支撑件的厚度不大于所述波纹板的厚度。

更优选地，所述支撑板、第一接触板、第二接触板的厚度不大于所述波纹单元的厚度。

优选地，所述波纹板的材质选自碳钢或不锈钢中的一种。

优选地，所述支撑件、围框的材质选自碳钢或不锈钢中的一种。

本发明第二方面提供一种波纹型抗爆防火墙的构建方法，包括以下步骤：

1)通过有限元分析，建立上述波纹型抗爆防火墙的计算机初级模型；

2)根据波纹型抗爆防火墙的迎爆面所受爆炸冲击的荷载，将荷载的数据输入步骤1)建立的计算机初级模型中进行结构动力计算；

3)根据步骤2)获得的结构动力计算的结果，确定波纹型抗爆防火墙的结构响应值；

4)将步骤3)获得的波纹型抗爆防火墙的结构响应值，与结构响应允许值进行比较；

5)当结构响应值不符合结构响应允许值时，将波纹型抗爆防火墙的结构进行优化，重复进行步骤2)、3)、4)；当结构响应值符合结构响应允许值时，确定波纹型抗爆防火墙结构的构建要求。

优选地，步骤1)中，所述有限元分析采用的软件为常规使用的有限元分析软件，可从市场上购买获得。

优选地，步骤1)中，所述计算机初级模型与波纹型抗爆防火墙的结构尺寸保持等比例。

更优选地，所述计算机初级模型与波纹型抗爆防火墙的结构尺寸保持1:1。

优选地，步骤1)中，所述计算机初级模型中还包括与波纹型抗爆防火墙相连接的建筑物主结构。

优选地，步骤2)中，所述荷载按照建筑抗爆冲击国家标准GB50779-2012《石油化工控制室抗爆设计规范》进行计算获得。

优选地，步骤2)中，所述荷载的数据表现形式为压力时程曲线。

优选地，步骤2)中，所述结构动力计算采用时域显式积分的方法进行。。

更优选地，所述结构动力计算的总时长为加载时长的2～3倍。

优选地，步骤3)中，所述结构响应值选自转角值、位移值、应力值、塑性应变值中的至少一种。

所述转角值为波纹型抗爆防火墙受到爆炸冲击后，在波纹型抗爆防火墙内的建筑物主结构中梁或柱发生弯曲变形的转角值。

所述位移值为波纹型抗爆防火墙受到爆炸冲击后，在波纹型抗爆防火墙内的建筑物主结构中梁或柱发生移动变形的位移值。所述位移值极限包括跨中位移值和极限端部位移值。

所述应力值为波纹型抗爆防火墙受到爆炸冲击后，波纹型抗爆防火墙所产生的应力。所述应力值取单元最大主应力值。

所述塑性应变值为波纹型抗爆防火墙受到爆炸冲击后，波纹型抗爆防火墙所产生的塑形应变。所述塑性应变值取单元等效塑形应变值。

优选地，步骤4)中，所述结构响应允许值选自转角允许值、位移允许值、应力允许值、塑形应变允许值中的至少一种。

所述转角允许值、位移允许值均为国家标准GB50779-2012中规定的评估转角、位移的数值。所述应力允许值为波纹型抗爆防火墙所用的材料抗拉强度。所述塑性应变允许值为波纹型抗爆防火墙所用的材料断裂伸长率。

优选地，步骤5)中，所述优化的方式根据结构响应值不符合结构响应判定值的具体情况，而对波纹型抗爆防火墙中各构件进行调整。

由于在生产过程中，爆炸发生的概率很低，属于偶然工况，所以在本申请的抗爆设计中，允许抗爆构件在不影响主体结构强度及稳定性的前提下发生一定的塑性变形。这包含两方面内容：一是抗爆构件可以在爆炸荷载下发生一定的塑性变形，但仍然要保证其结构完整性，即可以发生较大永久变形但不会发生破坏；二是支撑抗爆构件的主体结构强度要得到满足。所以，在避免大幅增加材料重量及尺寸的前提下，通过自身变形尽量多地吸收冲击波能量，通过改进支撑件形状减小瞬时荷载峰值的传递，以及使抗爆墙具备防火性能，是本申请提供的一种波纹型抗爆防火墙优化的主要方向。

本发明第三方面提供一种波纹型抗爆防火墙的构建系统，包括：

有限元分析建模模块，用于通过有限元分析，建立权利要求1～7任一所述的波纹型抗爆防火墙的计算机初级模型；

结构动力计算模块，用于根据波纹型抗爆防火墙的迎爆面所受爆炸冲击的荷载，将荷载的数据输入计算机初级模型中进行结构动力计算；

结构响应模块，用于根据结构动力计算的结果，确定波纹型抗爆防火墙的结构响应值；

比较判断模块，用于根据获得的波纹型抗爆防火墙的结构响应值，与结构响应允许值进行比较，确定波纹型抗爆防火墙结构的构建要求。

本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，该程序被执行以实现上述波纹型抗爆防火墙的构建方法。

如上所述，本发明提供的一种波纹型抗爆防火墙及其构建方法，具有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种波纹型抗爆防火墙及其构建方法，其构建的抗爆防火墙增加了阶梯型围框、Z型或M型支撑件，并在波纹板与支撑框架间填充了防火材料，同时具备抗爆及防火功能。

(2)本发明提供的一种波纹型抗爆防火墙及其构建方法，旨在克服现有波纹钢板抗爆墙由于局部结构刚度提高而将爆炸力过多的传递到主体结构上导致的主体结构受力增加，从而危及结构物整体安全性的弊端。通过加大支撑框架和波纹板之间法向距离，波纹板四周通过阶梯型围框结构与支撑框架连接，并在两者中间加设至少一个Z型或M型支撑件。在爆炸发生时，通过允许阶梯型围框、Z型或M型支撑件产生较大的塑性形变来吸收爆炸荷载能量，在确保波纹板强度和结构完整性的同时，有效地降低传递到建筑物主结构上的爆炸荷载，降低有效冲击，使建筑物主结构的安全性得以保证。并且，由于阶梯型围框结构的传力路径更加曲折，可以消减应力波的传递，在受到瞬时荷载时可以有效地降低荷载峰值，起到“缓释”的作用，更好地提升整体结构的抗冲击能力。从而提升了建筑物主结构的安全性，保护了结构物内部人员及设备的安全，减少爆炸灾害导致的损失。

(3)本发明提供的一种波纹型抗爆防火墙及其构建方法，在支撑框架与波纹钢板之间增大的空间内填充防火材料，内部填充的防火材料也能有效地阻隔火焰的蔓延，使得该申请的抗爆墙具备一定的防火能力。可以在爆炸发生时为抗爆墙后方的人员提供更大的保护。

(4)本发明提供的一种波纹型抗爆防火墙及其构建方法，对于比较常见的旧化工厂房/控制室抗爆改造工程，可以大幅地降低其主体结构加固工程的工作量，在保证达到国家抗爆安全性要求的前提下，提高了经济性。因此，随着我国对安全生产的重视程度不断提高，本发明的应用前景十分广阔。

附图说明

图1显示为本发明中的一种波纹型抗爆防火墙所在建筑物的立体结构示意图。

图2显示为本发明中的一种波纹型抗爆防火墙与建筑物主结构的连接结构示意图。

图3显示为本发明中的一种波纹型抗爆防火墙的整体结构示意图。

图4显示为本发明中的一种波纹型抗爆防火墙中波纹板与围框的连接结构示意图。

图5显示为本发明中的一种波纹型抗爆防火墙中防火材料层与支撑件的结构示意图。

图6显示为本发明中的一种波纹型抗爆防火墙中M型支撑件截面结构示意图。

图7显示为具有本发明中的一种波纹型抗爆防火墙的建筑物主结构横梁的受力时程曲线图。

图8显示为本发明中的一种波纹型抗爆防火墙的吸能时程曲线图。

图9显示为本发明中的一种波纹型抗爆防火墙的构建系统的模块示意图

附图标记

1 支撑框架

2 形变支撑层

3 波纹板

31 波纹单元

4 支撑件

41 支撑板

42 第一接触板

43 第二接触板

C 第一接触面

D 第二接触面

5 围框

51 第一区段

52 第二区段

53 第三区段

A 背爆面

B 迎爆面

101 有限元分析建模模块

102 结构动力计算模块

103 结构响应模块

104 比较判断模块

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图9。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明第一方面提供一种波纹型抗爆防火墙，如图1-6所示，由背爆面至迎爆面方向依次设有支撑框架1、形变支撑层2、波纹板3，所述形变支撑层2中设有至少一个支撑件4，所述支撑件4的两端分别与支撑框架1、波纹板3相连接，所述形变支撑层2及波纹板3的四周设有围框5，所述围框5的一端与支撑框架1相连接，所述围框5的另一端与波纹板3相连接。

在一个具体的实施方式中，如图2所示，使用状态下，所述支撑框架1的上端与所述建筑物主结构的横梁相连接，所述支撑框架1的下端固定于地基中。所述支撑框架1设于所述建筑物主结构的墙体迎爆面外，所述支撑框架1用于支撑形变支撑层2及波纹板3。

在一个具体的实施方式中，所述形变支撑层2内填充有防火材料。

具体来说，所述防火材料包括且不限于防火岩棉、硅酸铝棉。所述防火材料根据建筑物主结构的防火等级进行选择，能有效地阻隔火焰的蔓延，具备一定的防火能力。

在一个优选的实施方式中，如图3、5、6所示，所述支撑件4的形状选自Z型或M型中的一种。所述支撑件4分别连接支撑框架1、波纹板3，能够产生较大的塑性形变来吸收爆炸能量，从而在保证波纹钢板抗爆墙强度的同时有效地降低传递到主体结构上的荷载。

在一个优选的实施方式中，如图3所示，所述支撑件4包括有支撑板41及位于支撑板41两端的第一接触板42、第二接触板43，所述第一接触板42及第二接触板43平行于支撑框架1、波纹板3，所述第一接触板42经第一接触面C与支撑框架1的迎爆面相连接，所述第二接触板43经第二接触面与波纹板3的背爆面相连接。

具体来说，如图6所示，所述第一接触板42与第二接触板43相等且对齐。

在一个优选的实施方式中，如图3所示，所述形变支撑层2的四周侧面呈阶梯形，所述形变支撑层2的阶梯形侧面由支撑框架1至波纹板3向内缩进至少一个台阶。

在一个优选的实施方式中，如图3、5所示，所述围框5包括依次连接的与支撑框架1相贴合的第一区段51、与形变支撑层2相贴合的第二区段52、与波纹板3相贴合的第三区段53，所述第一区段51与支撑框架1的迎爆面相连接，所述第三区段53与波纹板3的侧壁相连接。所述第三区段53用以将波纹板3嵌入第三区段53所围成的空间内。

从而使所述围框5的第二区段52呈阶梯形。由于阶梯型围框5的传力路径更加曲折，可以消减应力波的传递，在受到瞬时荷载时可以有效地降低荷载峰值，起到“缓释”的作用。

在一个优选的实施方式中，如图4所示，所述波纹板3包括有若干并列排布的波纹单元31，所述波纹单元31呈柱形，其横截面呈等腰梯形，所述波纹单元31中，对应其等腰梯形横截面的上底边所在的侧面为第一侧面，对应其等腰梯形横截面的下底边所在的侧面为第二侧面，所述第一侧面位于波纹板3的背爆面，所述第二侧面位于波纹板3的迎爆面。所述等腰梯形横截面的上底边可长于下底边，也可短于下底边。

在一个具体的实施方式中，所述支撑件4的厚度不大于所述波纹板3的厚度。能够产生塑性变形，吸收爆炸荷载能量，降低有效冲击。

具体来说，所述支撑板41、第一接触板42、第二接触板43的厚度不大于所述波纹单元31的厚度。

在一个具体的实施方式中，所述波纹板3的材质选自碳钢或不锈钢中的一种。

在一个具体的实施方式中，所述支撑件4、围框5的材质选自碳钢或不锈钢中的一种。

在一个具体的实施方式中，本发明提供一种波纹型抗爆防火墙中，各构件的连接方式为焊接。

本发明第二方面提供一种波纹型抗爆防火墙的构建方法，包括以下步骤：

1)通过有限元分析，建立上述波纹型抗爆防火墙的计算机初级模型；

2)根据波纹型抗爆防火墙的迎爆面所受爆炸冲击的荷载，将荷载的数据输入步骤1)建立的计算机初级模型中进行结构动力计算；

3)根据步骤2)获得的结构动力计算的结果，确定波纹型抗爆防火墙的结构响应值；

4)将步骤3)获得的波纹型抗爆防火墙的结构响应值，与结构响应允许值进行比较；

5)当结构响应值不符合结构响应允许值时，将波纹型抗爆防火墙的结构进行优化，重复进行步骤2)、3)、4)；当结构响应值符合结构响应允许值时，确定波纹型抗爆防火墙结构的构建要求。

在一个具体的实施方式中，步骤1)中，所述有限元分析采用的软件为常规使用的有限元分析软件，可从市场上购买获得。具体来说，所述有限元分析软件包括且不限于Ansys，Ls-Dyna等。

在一个具体的实施方式中，步骤1)中，所述计算机初级模型与波纹型抗爆防火墙的结构尺寸保持等比例。

具体来说，所述计算机初级模型与波纹型抗爆防火墙的结构尺寸保持1:1。

在一个具体的实施方式中，步骤1)中，所述计算机初级模型中还包括与波纹型抗爆防火墙相连接的建筑物主结构。所述建筑物主结构设于所述波纹型抗爆防火墙的背爆面内。

在一个具体的实施方式中，步骤2)中，所述荷载按照建筑抗爆冲击国家标准进行计算获得。所述荷载可由具有相关资质认证的安全评价机构进行计算得到。

具体来说，所述建筑抗爆冲击国家标准为GB50779-2012《石油化工控制室抗爆设计规范》。

在一个具体的实施方式中，步骤2)中，所述荷载的数据表现形式为压力时程曲线。

在一个具体的实施方式中，步骤2)中，所述结构动力计算采用时域显式积分的方法进行。所述时域显式积分的方法为本领域常规使用的计算方法。

具体来说，所述结构动力计算的总时长为加载时长的2～3倍。

在一个具体的实施方式中，步骤3)中，所述结构响应值包括且不限于转角值、位移值、应力值和塑性应变值等。

所述结构响应值在波纹型抗爆防火墙受到爆炸冲击后，用于判断波纹型抗爆防火墙中各部件强度是否满足要求，吸能是否充分，在波纹型抗爆防火墙内的建筑物主结构是否会产生危险。

具体来说，所述转角值为波纹型抗爆防火墙受到爆炸冲击后，在波纹型抗爆防火墙内的建筑物主结构中梁或柱发生弯曲变形的转角值。所述转角值用于判定在波纹型抗爆防火墙内的建筑物主结构是否会产生过度弯曲，其判定要求要符合国家标准GB50779-2012。

具体来说，所述位移值为波纹型抗爆防火墙受到爆炸冲击后，在波纹型抗爆防火墙内的建筑物主结构中梁或柱发生移动变形的位移值。所述位移值极限包括跨中位移值和极限端部位移值。所述位移值采用单自由度方法换算获得极限跨中位移和极限端部位移的数值，用于判定与波纹型抗爆防火墙相连接的建筑物主结构是否会发生过大位移，其判定要求要符合国家标准GB50779-2012。

具体来说，所述应力值为波纹型抗爆防火墙受到爆炸冲击后，波纹型抗爆防火墙所产生的应力。所述应力值取单元最大主应力值。所述应力值用于判定波纹型抗爆防火墙结构是否产生破坏。

具体来说，所述塑性应变值为波纹型抗爆防火墙受到爆炸冲击后，波纹型抗爆防火墙所产生的塑形应变。所述塑性应变值取单元等效塑形应变值。所述塑性应变值用于判定波纹型抗爆防火墙结构是否产生破坏。

在一个具体的实施方式中，步骤4)中，所述结构响应允许值包括且不限于转角允许值、位移允许值、应力允许值、塑形应变允许值等。

具体来说，所述转角允许值为国家标准GB50779-2012中规定的评估转角的数值。当所述转角值超过转角允许值时，则视为该建筑物主结构不满足国家标准GB50779-2012的强度要求。

具体来说，所述位移允许值为国家标准GB50779-2012中规定的评估位移的数值。当所述位移值超过位移允许值，则视为该建筑物主结构不满足国家标准GB50779-2012的强度要求。

具体来说，所述应力允许值为波纹型抗爆防火墙所用的材料抗拉强度。当应力值超过应力允许值时，则视为波纹型抗爆防火墙结构遭到破坏。

具体来说，所述塑性应变允许值为波纹型抗爆防火墙所用的材料断裂伸长率。当塑性应变值超过塑性应变允许值时，则视为波纹型抗爆防火墙结构遭到破坏。

在一个具体的实施方式中，步骤5)中，所述优化的方式根据结构响应值不符合结构响应判定值的具体情况，而对波纹型抗爆防火墙中各构件进行调整。

具体来说，当转角值超过转角允许值或位移值超过位移允许值时，即建筑物主结构的变形过大，可减小波纹型抗爆防火墙中围框及支撑件的厚度，使其产生更大的塑形应变以提升吸能效果，或者增加围框的阶梯数量使传力路径更加曲折。

具体来说，当应力值超过应力允许值或塑性应变值超过塑性应变允许值时，即波纹型抗爆防火墙结构遭到破坏，其中波纹板或围框发生破坏，应提高波纹板或围框的厚度，或者增加支撑件的数量；支撑件发生破坏，可增加支撑件的厚度或数量，或减小波纹板厚度，

在一个具体的实施方式中，步骤5)中，所述波纹型抗爆防火墙的构建要求中，各部件的规格要求包括且不限于波纹板的厚度及截面尺寸、围框厚度及截面尺寸、支撑件的厚度及截面尺寸等。

在进一步优选的实施方式中，所述支撑件的厚度不宜大于波纹板的厚度。

在一个具体的实施方式中，步骤5)中，所述波纹型抗爆防火墙的构建要求中，所述支撑件及围框允许出现较为严重的塑性变形。

在一个具体的实施方式中，步骤5)中，所述波纹型抗爆防火墙的构建要求中，所述波纹板允许出现一定程度的塑性变形，但不允许出现局部材料失效。

本发明第三方面提供一种波纹型抗爆防火墙的构建系统，如图9所示，包括：

有限元分析建模模块101，用于通过有限元分析，建立权利要求1～7任一所述的波纹型抗爆防火墙的计算机初级模型；

结构动力计算模块102，用于根据波纹型抗爆防火墙的迎爆面所受爆炸冲击的荷载，将荷载的数据输入计算机初级模型中进行结构动力计算；

结构响应模块103，用于根据结构动力计算的结果，确定波纹型抗爆防火墙的结构响应值；

比较判断模块104，用于根据获得的波纹型抗爆防火墙的结构响应值，与结构响应允许值进行比较，确定波纹型抗爆防火墙结构的构建要求。

需要说明的是，应理解以上系统的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，比较判断模块104可以为单独设立的处理元件，也可以集成在某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于存储器中，由某一个处理元件调用并执行以上比较判断模块104的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(digital singnal processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。

本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，该程序被执行以实现所述波纹型抗爆防火墙的构建方法。所述计算机可读存储介质可包括，但不限于，软盘、光盘、CD-ROM(只读光盘存储器)、磁光盘、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、磁卡或光卡、闪存、或适于存储机器可执行指令的其他类型的介质/机器可读介质。所述计算机可读存储介质可以是未接入计算机设备的产品，也可以是已接入计算机设备使用的部件。

在具体实现上，所述计算机程序为执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。

实施例1

现有一化工厂中控室建筑物，对其迎爆面墙体进行抗爆改造，在墙体迎爆面外，设置本发明中的波纹型抗爆防火墙样品1#，在保证墙体完整性的前提下尽可能减小对建筑物主结构的冲击。本发明中的波纹型抗爆防火墙，设于建筑物主结构的墙体迎爆面外，由背爆面至迎爆面方向依次设有支撑框架、形变支撑层、波纹板。其中，支撑框架的上端与建筑物主结构的横梁相连接，支撑框架的下端固定于地基中。形变支撑层中填充防火岩棉。波纹板作为抗爆墙主体，其材质采用Q345B钢材，波纹板的厚度为4mm。波纹板由多个并列排布呈等腰梯形的波纹单元组成，波纹单元的第一侧面位于波纹板的背爆面，波纹单元的第二侧面位于波纹板的迎爆面。

波纹型抗爆防火墙样品1#沿垂向共设有4个支撑件，支撑件为Z型支撑件，其厚度为2mm，支撑件的材质采用Q345B钢材。支撑件包括有支撑板及位于支撑板两端的第一接触板、第二接触板，第一接触板及第二接触板平行于支撑框架、波纹板，第一接触板经第一接触面与支撑框架的迎爆面相连接，第二接触板经第二接触面与波纹板的背爆面相连接。

形变支撑层的四周侧面呈阶梯形，形变支撑层的阶梯形侧面由支撑框架至波纹板向内缩进一个台阶。围框包括依次连接的与支撑框架相贴合的第一区段、与形变支撑层相贴合的第二区段、与波纹板相贴合的第三区段，所述第一区段与支撑框架的迎爆面相连接，所述第三区段与波纹板的侧壁相连接。其中，围框的材质采用Q345B钢材，围框的厚度为4mm。

将波纹型抗爆防火墙样品1#进行性能测试，其屈服强度345MPa，抗拉强度470MPa，弹性模量210GPa，泊松比0.3。能够承受峰值为191kPa、持续时间为34ms的爆炸冲击波反射超压。

实施例2

本发明中波纹型抗爆防火墙样品1#的构建，是通过有限元分析，建立与波纹型抗爆防火墙具有相同结构的尺寸保持1:1的计算机初级模型。计算机初级模型中还包括与波纹型抗爆防火墙相连接的建筑物主结构。

根据波纹型抗爆防火墙样品1#的迎爆面所受爆炸冲击的荷载，将荷载的数据输入计算机初级模型中进行结构动力计算。荷载按照建筑抗爆冲击国家标准GB50779-2012《石油化工控制室抗爆设计规范》进行计算，荷载的数据表现形式为压力时程曲线。结构动力计算采用时域显式积分的方法进行，结构动力计算的总时长为加载时长的2～3倍。

根据结构动力计算的结果，确定波纹型抗爆防火墙的结构响应值。结构响应值包括转角值、位移值、应力值和塑性应变值。将波纹型抗爆防火墙的结构响应值，与结构响应允许值进行比较。结构响应允许值包括转角允许值、位移允许值、应力允许值、塑形应变允许值。

当结构响应值不符合结构响应允许值时，将波纹型抗爆防火墙的结构进行优化，对波纹型抗爆防火墙中各构件进行调整。再重复进行输入荷载数据、结构动力计算、确定结构响应值、与结构响应允许值进行比较等步骤；当结构响应值符合结构响应允许值时，确定波纹型抗爆防火墙结构的构建要求。

实施例3

将实施例1中制备的波纹型抗爆防火墙样品1#，与现有普通波纹板抗爆墙，分别建立仿真模型进行效果对比，模型网格尺寸50mm，计算结果见表1、图7、图8。

由表1、图7、图8中可以得知，本申请中的抗爆防火墙，最大位移是普通抗爆墙的130％，塑性应变是普通抗爆墙的268％，传递到主结构横梁上的荷载峰值是普通抗爆墙的64％，吸收能量是普通抗爆墙的153％。简单来说，本申请的抗爆防火墙可以使自身产生更大的变形以及更大的塑性应变，从而吸收更多的爆炸能量，有效地降低了主结构受到的爆炸伤害，更好地起到保护作用。

表1

综上所述，本发明所提供的一种波纹型抗爆防火墙及其构建方法，可以在保证抗爆防火墙结构强度的同时，有效地降低传递到建筑主体结构上的荷载，并能够阻隔爆炸火焰的传播，使得建筑物整体结构的安全性得以保证，保护了建筑物内的人员生命安全。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种波纹型抗爆防火墙，其特征在于，由背爆面A至迎爆面B方向依次设有支撑框架(1)、形变支撑层(2)、波纹板(3)，所述形变支撑层(2)中设有至少一个支撑件(4)，所述支撑件(4)的两端分别与支撑框架(1)、波纹板(3)相连接，所述形变支撑层(2)及波纹板(3)的四周设有围框(5)，所述围框(5)的一端与支撑框架(1)相连接，所述围框(5)的另一端与波纹板(3)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种波纹型抗爆防火墙，其特征在于，使用状态下，所述支撑框架(1)的上端与建筑物主结构的横梁相连接，所述支撑框架(1)的下端固定于地基中。

3.根据权利要求1所述的一种波纹型抗爆防火墙，其特征在于，所述形变支撑层(2)内填充有防火材料；所述防火材料选自防火岩棉或硅酸铝棉中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种波纹型抗爆防火墙，其特征在于，所述支撑件(4)包括有支撑板(41)及位于支撑板(41)两端的第一接触板(42)、第二接触板(43)，所述第一接触板(42)及第二接触板(43)平行于支撑框架(1)、波纹板(3)，所述第一接触板(42)经第一接触面C与支撑框架(1)的迎爆面相连接，所述第二接触板(43)经第二接触面D与波纹板(3)的背爆面相连接；所述支撑件(4)的形状选自Z型或M型中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种波纹型抗爆防火墙，其特征在于，所述形变支撑层(2)的四周侧面呈阶梯形，所述形变支撑层(2)的阶梯形侧面由支撑框架(1)至波纹板(3)向内缩进至少一个台阶。

6.根据权利要求1所述的一种波纹型抗爆防火墙，其特征在于，所述围框(5)包括依次连接的与支撑框架(1)相贴合的第一区段(51)、与形变支撑层(2)相贴合的第二区段(52)、与波纹板(3)相贴合的第三区段(53)，所述第一区段(51)与支撑框架(1)的迎爆面相连接，所述第三区段(53)与波纹板(3)的侧壁相连接。

7.根据权利要求1所述的一种波纹型抗爆防火墙，其特征在于，所述波纹板(3)包括有若干并列排布的波纹单元(31)，所述波纹单元(31)呈柱形，其横截面呈等腰梯形，所述波纹单元(31)中，对应其等腰梯形横截面的上底边所在的侧面为第一侧面，对应其等腰梯形横截面的下底边所在的侧面为第二侧面，所述第一侧面位于波纹板(3)的背爆面，所述第二侧面位于波纹板(3)的迎爆面。

8.一种波纹型抗爆防火墙的构建方法，包括以下步骤：

1)通过有限元分析，建立权利要求1～7任一所述的波纹型抗爆防火墙的计算机初级模型；

2)根据波纹型抗爆防火墙的迎爆面所受爆炸冲击的荷载，将荷载的数据输入步骤1)建立的计算机初级模型中进行结构动力计算；

3)根据步骤2)获得的结构动力计算的结果，确定波纹型抗爆防火墙的结构响应值；

4)将步骤3)获得的波纹型抗爆防火墙的结构响应值，与结构响应允许值进行比较；

5)当结构响应值不符合结构响应允许值时，将波纹型抗爆防火墙的结构进行优化，重复进行步骤2)、3)、4)；当结构响应值符合结构响应允许值时，确定波纹型抗爆防火墙结构的构建要求。

9.一种波纹型抗爆防火墙的构建系统，包括：

有限元分析建模模块(101)，用于通过有限元分析，建立权利要求1～7任一所述的波纹型抗爆防火墙的计算机初级模型；

结构动力计算模块(102)，用于根据波纹型抗爆防火墙的迎爆面所受爆炸冲击的荷载，将荷载的数据输入计算机初级模型中进行结构动力计算；

结构响应模块(103)，用于根据结构动力计算的结果，确定波纹型抗爆防火墙的结构响应值；

比较判断模块(104)，用于根据获得的波纹型抗爆防火墙的结构响应值，与结构响应允许值进行比较，确定波纹型抗爆防火墙结构的构建要求。

10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，该程序被执行以实现权利要求8所述波纹型抗爆防火墙的构建方法。

Images