[发明专利]钢筋混凝土抗爆墙墙体钢筋配置方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢筋混凝土抗爆墙墙体钢筋配置方法。

背景技术

许多工程领域，特别是石油化工领域中，需要对某些有操作人员在里面工作的、损坏后带来严重次生灾害的建筑物，进行抗爆结构设计。石油化工中发生的爆炸可以分为四种基本类型：蒸汽云爆炸、压力容器爆炸、冷凝相爆炸和粉尘爆炸。抗爆结构主要是指外部爆炸产生冲击波对建筑物的作用，与内部爆炸有着本质的区别。文献CN201512873U公开了一种由压型钢板和混凝土组合的抗爆墙体。目前抗爆结构抵抗爆炸作用的方式，主要采用钢筋混凝土抗爆墙墙体结构形式。抗爆墙外墙由迎爆面墙（即正面面对冲击波作用方向，或称前墙）、两侧侧墙、背爆面墙等四周外墙体和屋面板组成，这些墙体受爆炸作用方式基本相同，因而钢筋配置方式基本一致。

迎爆面前墙的设计配筋是抗爆墙墙体设计中的重要环节。根据爆炸作用方式和墙体受荷机理，通常对墙体取单位板带宽，按单向板进行弹塑性分析计算，支点分别为上端与屋面板相连处和下端与基础相连处，计算跨度H，见图1。

根据抗爆结构前墙弹塑性分析原理，在爆炸冲击波作用下，墙体应具有相应的变形能力，以充分吸收和消耗冲击能量。因此，从钢筋混凝土结构特性出发，需要墙体能够在充分变形状态下，结构不至于垮塌，必须使墙体在计算确定的模式下，墙体结构在上下两个支座A和B，以及跨中C（H/2处）出现塑性铰，见图2所示示意。塑性铰出现的顺序为：在爆炸荷载作用下，单向板弯矩最大首先在A和B支座处出现塑性铰，然后弯矩向跨中转移，最大弯矩在跨中C，C再出现塑性铰，同时要求在C的塑性铰性能充分发挥以前，A和B处不能出现横截面的剪切破坏。当A，B、C都达到钢筋混凝土配筋截面的最大允许转动变形极限，就是前墙的抗爆极限承载能力。

不难发现，塑性铰的形成和次序是决定墙体抗爆能力的关键。而决定这两个因素的关键，除了和计算配筋量有关外，则与截面的配筋形式密切相关，特别是A和B处的配筋形式，它关系到塑性铰的出现顺序必须先于C处。而目前工程抗爆设计中，对A和B处的截面配筋方式并没有相关规范作出具体规定。

对A和B处的截面配筋，目前主要有下列两种方式：

方式一：在上支座A处（图3），前墙墙体内横向钢筋等距分布；竖向钢筋等距分布；屋面板内的上下两层附加钢筋伸入墙体。在下支座B处（图4），前墙墙体内横向钢筋等距分布；竖向钢筋等距分布；墙体内钢筋不伸入基础；交叉钢筋伸入基础内。方式二：在上支座A处（图5），前墙墙体内横向钢筋等距分布；竖向钢筋等距分布并且间隔交叉；附加板内钢筋伸入墙体。在下支座B处（图6），前墙墙体内横向钢筋等距分布；竖向钢筋等距分布，间隔交叉，并且伸入基础内。其中，墙内竖向钢筋等距分布间隔交叉方式见图7。

上述两种配筋方式都存在缺陷，与抗爆墙体弹塑性设计的原理不完全一致。方式1，B端支座墙体内钢筋不伸入基础，仅通过交叉钢筋相连接，说明在爆炸冲击力尚未作用时，在力学模型上它已经是一个完全铰接，丧失了墙体端部支座在爆炸作用过程中，该部位的塑性铰转动和发展形成对冲击能的消耗，过早导致弯矩向跨中转移；A端支座由屋面板内的上下两层附加钢筋伸入，可以部分使塑性铰转动和发展，但下层附加筋的存在使混凝土受压区的抗压能力增强，一定程度约束了塑性铰的转动变形，截面不易达到理想的塑性铰状态，即钢筋完全屈服，混凝土脆性破坏。方式2，B端支座墙体内竖向钢筋间隔交叉后深入基础，能够满足塑性铰转动发展的模式，但仍存在内侧竖向钢筋使混凝土受压区的抗压能力增强的缺陷；A端支座不仅有方式1中的类似问题，更增加了内侧竖向钢筋，因而截面不易达到理想塑性铰状态的缺陷更明显。

综上所述，从现有的抗爆结构前墙墙体的配筋方式来看，不同程度地存在着不合理配筋带来的安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术抗爆结构前墙墙体配筋方式不合理，存在安全隐患的问题，提供一种新的钢筋混凝土抗爆墙墙体钢筋配置方法。该方法能满足设计的要求和安全的保证。