CN114991563A - 一种消波板材 - Google Patents

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李胡军
王振
吴红晓
张国凯
郑际镜
姚箭
于思远
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Abstract

本发明公开一种消波板材，该消波板材安装在坑道壁上，其空间占有率低，并且能够显著提高坑道壁的扰流消波性能。本发明的消波板材中，波纹板的结构设计具有较好的支撑性能，因此本发明的消波板材可以作为坑道壁的支撑内衬。本发明的消波板材中扰流板与波纹板的被爆面可以采用一体式结构，形成消波板材的型材结构。同时，扰流板与波纹板的被爆面之间也可以采用采用螺栓螺母连接方式连接或采用焊接方式连接。

Description

一种消波板材
技术领域：
本发明属于消波领域，具体涉及一种消波板材。
背景技术：
当前波纹钢作为桥梁、隧道等建筑实施的内衬结构被广泛运是因为其具有较好的支撑性能。很多隧道或坑道兼具人防工程的功能，隧道或坑道如何提高隧道、坑道工程的防爆消波功能值得进行研究。
发明内容：
本发明基于提高坑道壁的扰流消波功能的目的，提出一种消波板材，以提高坑道壁内衬结构的防护能力。本发明的技术方案如下：
一种消波板材，安装在坑道壁上，包括波纹板和若干个扰流板，
所述波纹板的每一段波峰两侧分别形成迎着和背着冲击波的迎爆面和背爆面，所述若干个扰流板分别设置在一背爆面上，并且沿背爆面向外延伸；
优选地，扰流板向外延伸部分的顶端至少高出所在背爆面最高点一个波高的距离。
优选地，所述波纹板的每一段波纹的波距为200mm-300mm，波高为50mm-80mm。
优选地，所述波纹板的每一段波纹的波距为230mm，波高为64mm
优选地，所述扰流板与被爆面为一体式结构，形成消波板材的型材结构。
优选地，所述扰流板与被爆面之间采用螺栓螺母连接方式连接。
优选地，所述扰流板与被爆面之间采用焊接方式连接。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果
本发明提供一种消波板材，该消波板材安装在坑道壁上，其空间占有率低，并且能够显著提高坑道壁的扰流消波性能。
本发明的消波板材中，波纹板的结构设计具有较好的支撑性能，因此本发明的消波板材可以作为坑道壁的支撑内衬。
本发明的消波板材中扰流板与波纹板的被爆面可以采用一体式结构，形成消波板材的型材结构。同时，扰流板与波纹板的被爆面之间也可以采用采用螺栓螺母连接方式连接或采用焊接方式连接。
本发明的消波板材可以用于代替现有波纹板结构或用于改装已有的波纹内衬坑道，获得更好的消波性能，具有较大的经济性。
附图说明：
通过参照附图的本发明的优选的非限制性实施方式的详细说明，本发明的所述的及其他的特征将变得更加清楚，其中：
图1为消波板材的立体结构示意图；
图2为消波板材的结构剖面图之一；
图3为消波板材的结构剖面图之二；
图4为消波板材的结构剖面图之三；
图5为坑道模型结构示意图；
图6为采用波距230mm*波高64mm的波纹钢作为内衬壁面的坑道模型结构剖视图；
图7为采用波距230mm*波高128mm的波纹钢作为内衬壁面的坑道模型结构剖视图；
图8为采用带有扰流板的波距230mm*波高64mm波纹钢内衬壁面的坑道模型结构剖视图；
图9为四种坑道模型内的压力分布对比图；
图10为四种坑道模型内的冲击波超压峰值分布对比图。
图中，1-扰流板；2-迎爆面；3-背爆面；4-坑道壁。
具体实施方式：
下面结合具体实施例及对应附图对本发明作进一步说明。
实施例一：
本实施例的一种消波板材，如图1～图2所示，该消波板才安装在坑道壁4上，包括波纹板和若干个扰流板1，该波纹板中每一段的波纹的波距为230mm、波高为64mm。图2中箭头指示方向为冲击波方向，波纹板中每一段波纹的波峰两侧分别形成迎着和背着冲击波方向的迎爆面2和背爆面3，若干个扰流板1分别设置在一背爆面3上，并且沿背爆面3向外延伸。
扰流板延伸部分的顶端高出所在背爆面最高点一个波高的距离，即扰流板向外延伸部分的顶端与所在背爆面最高点之间的垂直距离为64mm。本实施例中，扰流板与被爆面采用一体式结构，形成消波板材的型材结构。
当冲击波从入口进入坑道，安装在坑道壁上的消波板材中每一段的波纹都会对冲击波进行扰流、消波作用，不断削弱冲击波的能量，使得坑道能够具备更完善的人防工程功能。
实施例二：
本实施例与实施例一的不同之处在于，本例的扰流板与被爆面的配合面均设有连接孔，并采用螺栓螺母连接方式进行连接，其具体结构如图3所示。
实施例三：
本实施例与实施例一的不同之处在于，本例的扰流板与被爆面之间采用焊接方式连接，其具体结构如图4所示。
应用实施例：
本实施例采用LS-DYNA有限元分析软件，建立坑道的三维模型进行数值仿真模拟试验，通过*LOAD-BLAST方法设置装药，模拟在坑道模型的口部获得爆炸冲击波，仿真计算得到爆炸冲击波在坑道中的传播过程，以此验证本发明消波板材的消波扰流特性。
一、该仿真模拟试验中建立的坑道模型参数如下：
坑道模型采用直墙圆拱型，内部空间跨度为4m，直墙高4m，圆拱高2m，半径2m。选定坑道模型内每间隔5m作为监测断面。
建立四种坑道模型，第一种为常规混凝土壁面的坑道模型；第二种为采用波距230mm*波高64mm的波纹钢作为内衬壁面的坑道模型(以下简称“230-64波纹钢内壁模型”)；第三种为采用波距230mm*波高128mm的波纹钢作为内衬壁面的坑道模型(以下简称“230-128波纹钢内壁模型”)；第四种为采用本发明消波板材的坑道模型，该坑道模型采用带有扰流板的波距230mm*波高64mm波纹钢内衬壁面，扰流板的垂直投影高度为64mm(以下简称“带有扰流板的230-64波纹钢内壁模型”)；230-64波纹钢内壁模型、230-128波纹钢内壁模型和带有扰流板的230-64波纹钢内壁模型中波纹钢均选自《GBT345672017冷弯波纹钢管》，厚度均为6mm，230-64波纹钢内壁模型和带有扰流板的230-64波纹钢内壁模型中波纹钢型号一致，两者的圆弧段的半径R1和R3均为57mm，两者的波高D1和D3分别为64mm，两者连接波峰波谷的平直段长度L1和L3均为44.28mm；带有扰流板的230-64波纹钢内壁模型中扰流板向外延伸部分的顶端高出所在背爆面一个波高的距离，即H3为64mm。230-128波纹钢内壁模型中波纹钢的波峰波谷所在圆弧段的半径R2为30mm，波高D2为128mm，连接波峰波谷的平直段长度L2为112.7mm。
上述四种坑道模型中内衬壁面仅覆盖坑道直墙与拱顶；并且由于结构的对称性，上述四种坑道模型仅需建立坑道模型的3维1/2模型，坑道模型结构示意图如图5所示，
其中，230-64波纹钢内壁模型、230-128波纹钢内壁模型和带有扰流板的230-64波纹钢内壁模型的结构剖视图分别为图6、图7和图8所示，由此可知230-128波纹钢内壁模型和带有扰流板的230-64波纹钢内壁模型的粗糙度一致，这两种内壁的空间占用率一致，而230-64波纹钢内壁模型中内壁的空间占用率为230-128波纹钢内壁或带有扰流板的230-64波纹钢内壁的一半。
二、该仿真模拟试验中所采用的材料模型及材料参数如下：
1)空气材料模型
空气模型使用多线性状态方程*EOS-LINEAR-POL YNOMIAL来描述，状态方程表达式如下：
p＝[C0+C1μ+C2μ2+C3μ3]+[C4+C5μ+C6μ2]e (1)
式中：C0-C6为方程系数；μ为空气状态方程中的一个参数，材料参数见表1。
表1空气材料的多项式状态方程参数
Figure BDA0003613524760000041
为了计算方便，把空气视为理想气体。*MAT_NULL材料模型的参数：密度ρ＝1.29kg/m3，动力粘性系数MU＝0.001。
2)扰流板材料模型
扰流板采用LS-DYNA关键字*MAT_RIGID定义为刚性部件，并进行约束。扰流板材料的*MAT_RIGID模型参数见表2：
表2波纹钢内衬材料的*MAT_RIGID模型参数
Figure BDA0003613524760000051
表中，RO为材料密度；E为弹性模量；PR为泊松比；COM＝1，表示对网格质心进行约束；CON1＝7，表示约束x\y\z方向的位移；CON2＝7，表示约束x\y\z方向的旋转。
3)混凝土口部及地面材料模型
混凝土口部及地面采用LS-DYNA关键字*MAT_RIGID定义为刚性部件，并进行约束。混凝土材料的*MAT_RIGID模型参数见表3：
表3混凝土材料的*MAT_RIGID模型参数
Figure BDA0003613524760000052
表中，RO为材料密度；E为弹性模量；PR为泊松比；COM＝1，表示对网格质心进行约束；CON1＝7，表示约束x\y\z方向的位移；CON2＝7，表示约束x\y\z方向的旋转。
三、该仿真模拟试验中所采用的边界条件如下：
数值模拟中，仅研究爆炸冲击波在坑道中的单向传播过程，将空气域尾部设为无反射边界*BOUNDARY_NON_REFLECTING；本实施例的三维模型为1/2模型，对坑道中轴面(x-y平面)上的空气网格节点，使用*BOUNDARY_SPC_SET进行约束，如表4所示。
表4中轴面上空气网格节点的约束参数
Figure BDA0003613524760000053
表中：DOFX/Y/Z＝1，表示有关于局部x/y/z方向的平移约束，DOFX/Y/Z＝0，表示没有关于局部x/y/z方向的平移约束；DOFRX/Y/Z＝1，表示有关于局部x/y/z轴的旋转约束，DOFRX/Y/Z＝0，表示没有关于局部x/y/z轴的旋转约束。
四、该仿真模拟试验的试验结果如下：
所建立的四种坑道模型内的压力分布对比结果如图9所示，其中，图9(a)为混凝土壁面坑道内的典型压力分布图，图9(b)为230-64波纹钢内壁模型内的典型压力分布图；图9(c)为230-128波纹钢内壁模型内的典型压力分布图；图9(d)为带有扰流板的230-64波纹钢内壁模型内的典型压力分布图。四种坑道模型内冲击波超压峰值分布对比结果如图10所示。
根据图9和图10可知，增设内衬壁面对爆炸冲击波有明显的快速衰减作用。相同爆炸工况下，230-64波纹钢内壁使得冲击波超压在坑道内45m处降至0.25MPa左右，230-128波纹钢内壁和本发明的带有扰流板的230-64波纹钢内壁使得冲击波超压在坑道内20m处降至0.25MPa左右。结合图9和图10可知本发明的消波板材对冲击波的衰减功能大大提升，大大削弱冲击波波阵面能量，短距离内就将超压峰值降至较低水平。
对比230-128波纹钢内壁模型和本发明带有扰流板的230-64波纹钢内壁模型，这两种坑道模型的空间占有率相同，但本发明带有扰流板的230-64波纹钢内壁模型获得的消波效果略优于230-128波纹钢内壁模型，即在占用坑道空间相同，超挖量相同的情况下，使用本发明的消波板材获得的消波效果更好，制造所需板材材料和坑道壁填充材料用量更少。
本发明的消波板材可以用于改装已有的波纹内衬坑道，获得更好的消波性能，具有较大的经济性。

Claims (7)

1.一种消波板材，安装在坑道壁上，其特征在于：包括波纹板和若干个扰流板，所述波纹板的每一段波峰两侧分别形成迎着和背着冲击波的迎爆面和背爆面，所述若干个扰流板分别设置在一背爆面上，并且沿背爆面向外延伸。
2.根据权利要求1所述的消波板材，其特征在于：所述扰流板向外延伸部分的顶端至少高出所在背爆面最高点一个波高的距离。
3.根据权利要求2所述的消波板材，其特征在于：所述波纹板的每一段波纹的波距为200mm-300mm，波高为50mm-80mm。
4.根据权利要求3所述的消波板材，其特征在于：所述波纹板的每一段波纹的波距为230mm，波高为64mm。
5.根据权利要求1～4任一所述的消波板材，其特征在于：所述扰流板与被爆面为一体式结构，形成消波板材的型材结构。
6.根据权利要求1～4任一所述的消波板材，其特征在于：所述扰流板与被爆面之间采用螺栓螺母连接方式连接。
7.根据权利要求1～4任一所述的消波板材，其特征在于：所述扰流板与被爆面之间采用焊接方式连接。
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