防護密閉裝置門扇結構分析

近幾年人防工程建設勢頭迅猛，為了保證人防工程在戰時能抵御空襲， 平時能防震減災的功能，門扇作為防護密閉裝置的直接受力構件， 影響著防護密閉裝置的防護效果和使用。本文以人防工程中鋼結構防護密閉門結構和拱形防護門雙面配筋舉例，結合有限元分析方法分析了防護密閉裝置門扇結構， 為同類型的門扇設計提供理論基礎。

人防工程，主要是指防備敵人空襲，具有防護功能的地下室，主要是在進出口處安裝能抵抗雙向沖擊波的防護密閉設施，門扇防護設備可以用來做人防工程中防御保護功能的重要的成分，當人防項目投人運行后門扇是確保此種防護密閉和各類人員正常進出的重點。目前通常使用全鋼材料來制作防護密閉設施， 具備較大的空間占有和重量高的特點， 門扇充當了防護密閉設施的最直接的接受力的部件， 極端的情況下承受高強度的沖擊。如何確保門扇使用的可靠性和結構強度， 降低門扇空間占有和重量來減少生產消耗所需，這將是此文需討論的一部分。本文引用兩面配鋼筋、鋼結構和拱形防護密閉門的有限元分析， 針對門扇結構設計進行了分析討論。

1 防護密閉裝置門扇類型

通常的出入口由于人員和汽車進進出出，可用降落式防護密閉門和活門檻防護密閉門.這兩種門從門檻的形式上來劃分為無門檻和有門檻。無門檻的人防門， 平時使用更加方便， 因為人防工程地下室通常都是車庫。有門檻的人防門， 雖然門檻可以拆裝，同樣可以讓汽車自由通過，但是拆卸下來的門檻的保管，及地面螺栓孔的保護都會遇到麻煩，所以一般都采用無門楷的防護門。

2 防護密閉結構解析

2.1 全鋼結構密閉門

第一種類型的密閉防護門為全鋼結構。是經常能在防護中看到。而經常建造的模板中有梁板門， 從生產方便與否、正反兩面受力情況是否良好的維度來看， 具備梁子的板門普遍應用。為了使門扇可以抵抗內側和外側的重量， 一方面減輕門扇的整體重量， 門扇梁子使用工字型鋼焊接制作， 再將一定厚度的面板焊接在內側和外側。此類結構的防護密閉設施常常用于橫跨度很大但是抵抗較低的大、中型防護設備。生產制作時可將上端的梁子、側面的板面分離制作， 制作完成后再將兩者進行組拼裝。門的上端梁子常常用工字型鋼制作， 之后將四周焊接槽鋼。生產時，梁子應該設置主要梁、次要梁， 主要梁受作用力大， 不容易切斷， 次要梁可以割斷焊接在主要梁上面。為了達到梁子受力作用各向均勻， 降低門扇厚度值， 主要梁和次要梁子使用齊平連接， 也就是讓水平次要梁與主要梁的上端平面平齊， 同時直接與面板焊接。特別之處就是井字型梁子與側面板子拼組合成不變形硬度大的剛性整體， 側面板為四邊均勻受力， 于此同時也可以把部分面板變成梁子截面的一個小部分，這樣可以減少井字梁子的用鋼的多少來減少成本。井字型梁子整體在側平面上應該做成方形， 有可能的話應該做成矩形形狀， 其長和寬的比值應小于等于一比五。往往這種井字型梁子整體的梁側面板門應該做成獨扇， 如果要做成兩扇或多扇， 可在活動邊增加一大梁子， 確保其有足夠的抵抗硬度和不變形的剛性。此種密閉門設施門框內環尺寸： 門洞高H為5m， 門洞寬W 為6m采用兩扇門， 正面、反面受力時， 門的上邊和下邊和門框相接， 門的一側和門框相接合， 另一側是門扇和門扇接合， 即三個面簡支。

2.2 拱（弓）形防護密閉門

第二類型的密閉防護門為拱形門。拱形門是一種用水泥混凝土澆注的門?？赏ㄟ^防護密閉門跨中最大處彎矩、結構受剪計算、反彈力計算得出人防門兩面配鋼筋。值得注意的是在計算中接受壓力區配置的受壓力鋼筋的架立鋼筋的支撐作用不列入計算； 在常規沖擊力的作用下，門具有較大的收縮效果，所以應在接受壓力區與匹配收縮力相的縱向接受力的鋼筋。接受重量作用的混凝土鋼筋結構梁子面板墻面等構件產生往復振動，所以應該兩面配鋼筋。

拱形防護門需要拉結鋼筋的配置。為確保兩面配鋼筋的墻面體、樓板面?；炷另敯?、底面板裝置在動態變力狀態下鋼筋與接受壓力區與混凝土融合在一起作用，則需在上面層和下面層或者外層內層鋼筋之間安排一定數量的拉結鋼筋。 當箍筋受到拉結筋受到作用力時，尺寸和距離必須適合箍筋的計算和構造要求。通過防護門的抵抗剪切計算可得到，作用在防護門上的剪力大部分由混凝土本身接受，當箍筋的[β]> 1 時配件處于彈塑性工作狀態或塑性工作狀態時防護門中設置的拉結筋不受力，配件受防護門重量作用配件內部的混凝土要分擔一部分能量，配件產生多余形變，出現約一點二 毫米的裂開，但開裂不穿透，配件保持支撐力和密封性。配件產生額外的形變，表明配件進入成型工作狀態。配件進入成型工作狀態時拉結鋼筋起到拉緊上面下面層鋼筋和內外層鋼筋，預防體積大混凝土掉下來的可能性； 只有在兩筋梁配鋼筋條件下，受壓力區鋼筋與混凝土一起作用。在較低等級的防護項目中，防護配件大部分采用一面筋方法配鋼筋。所以受壓力區的鋼筋只有架立鋼筋，達到最小配鋼筋率即可，沒有受力效果。構件產生殘余變形，說明構件進入塑性工作階段。同時密閉設施門主要受到垂直方向沖擊重量， 為增強垂直向的抗彎特點， 門使用梁子面板門模型， 都使用全鋼構造， 梁格子為井字型設置， 梁架采用工字型鋼，梁子格子四周為槽鋼， 和門洞形狀相吻合， 骨架里外各焊接一塊面板， 用來接受內外兩側的重量，這樣可以減輕門的總體重量。抵抗沖擊性能較強的16號為錳鋼用于鋼、槽鋼、面板的構造材料。

2.3 鋼結構和拱形防護密閉門的有限元分析

分析（ANSYS ）軟件已轉變為力熱電磁物理及結構工程力學一體的強大型通用有限元分析實用軟件。具備相當大的數據庫系統： 前置處理和事后處理模型， 具有人和機器交換界面。建立的結構簡單且有效的有限元分析模型可為一種美學， 它按照常規的力學規律， 同時包含一定經驗總結。針對密閉門設施來講， 每個門的類型， 邊界約束條件及承受重量形式都是涉及有限元分析結果真實性的主要因素。在有限元的剖析中， 選用具有一定非線性特性的梁模型來創建門梁子的有限元模型結構，以便是更準確地解釋結構大形變的可能。作為梁子結構， 可直接利用分析軟件中的前置處理分析器來定義梁的各截面形貌， 并得出各截面的慣性約束力矩、尺寸等相應的數據。

開始依據實際計算機輔助設計（CAD ）圖紙輸入Solidworks 三維建模軟件中，創建防護密閉門的三維特點，將模型轉化為有限元分析軟件對門框架門結構體、玻璃等配件進行網格劃分，確保網格劃分質量。然后規定每種材料特性，不同結構選取不同的材料模型屬性，并對每個部件規定接觸類型，對不同的門結構體涉及設定不同的接觸類型，規定接觸時與實在門結構體接觸相符。最后對面對的爆面施加撞擊，規定邊界控制約束邊境等等。

1） 規定各配件材料特性，有限元模型：防護密閉門在沖擊波作用下可能會產生形狀發生彈塑變化，重點關注塑性形變，滿足防護密閉門在撞擊下的應變力不大于其鋼材的屈服強度，目的是確保鋼材變形后能恢復原來的形狀，能確保門體的氣體的密封性，所以選用彈塑性材料本質結構關系特點來規定所選材料的力學特性；

2） 網格劃分：對厚度薄的板面類配件和實體配件進行網格劃分，使用薄層殼單元殼和實體單元固體劃分網格。門體、門框、銷軸采用實體單元solid1 劃分網格；

3） 施加重量：按照防護密閉設施技術設計要求， 對航空、炮彈等爆炸產生的沖擊波， 梁子接受重量可依據突然加重線性衰減負載的思維方法。分析計算采用設定的壓力與時間（P-t）曲線的方案。涉及的定的安全系數，附加峰壓力值；

4） 定義邊界條件：防護密閉門框四邊接合配件與四邊鋼筋混凝土澆筑為整體體，所以對門框四邊節點進行控制。

3 結論

在人防工程防護密閉裝置門扇設計中， 利用鋼結構防護門的結構和拱形防護門雙面配筋的特點，結合有限元分析軟件ANSYS 對門扇進行定義各部件材料屬性，劃分網格，施加載荷，定義邊界條件，分析了防護密閉裝置門扇結構， 也為同類型的門扇設計提供理論基礎。