铁路隧道防护门冲击波衰减构造.pdf

1、(10)授权公告号 CN 204060775 U(45)授权公告日 2014.12.31CN204060775U(21)申请号 201420373699.1(22)申请日 2014.07.07E21F 11/00(2006.01)E21F 17/103(2006.01)(73)专利权人中铁二院工程集团有限责任公司地址 610031 四川省成都市通锦路3号(72)发明人张峻领 李二平 余艳丽 张致恒王珣 欧毅 姚小军 王志强(74)专利代理机构成都惠迪专利事务所(普通合伙) 51215代理人王建国(54) 实用新型名称铁路隧道防护门冲击波衰减构造(57) 摘要铁路隧道防护门冲击波衰减构造，以有效

2、地削减由下门缝渗透到门扇背后的冲击波压力，确保门扇后人员的安全性。防护门包括门扇，所述门扇底面沿其厚度方向设置有至少一条凹槽，该凹槽沿门扇宽度方向连续延伸或者间隔延伸。所述凹槽内壁上固定设置多孔材料填充层。(51)Int.Cl.(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 权利要求书1页 说明书5页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书1页 说明书5页 附图2页(10)授权公告号 CN 204060775 UCN 204060775 U1/1页21.铁路隧道防护门冲击波衰减构造，包括门扇(10)，其特征是：所述门扇(10)底面沿其厚度方向设置有至少一条凹槽(

3、21)，该凹槽(21)沿门扇(10)宽度方向连续延伸或者间隔延伸。2.如权利要求1所述的铁路隧道防护门冲击波衰减构造，其特征是：所述凹槽(21)内壁上固定设置多孔材料填充层(30)。权 利 要 求 书CN 204060775 U1/5页3铁路隧道防护门冲击波衰减构造技术领域0001 本实用新型涉及防护门，特别一种用于铁路隧道紧急救援站、横通道、紧急出口或避难所的防护门冲击波衰减构造。背景技术0002 近年来，西部山区涌现出了大量的特长铁路隧道，当隧道长度大于20km时，需于隧道洞身设置紧急救援站、横通道、紧急出口或避难所。为隔离火源、烟气、爆炸冲击波等，应设置防护门，而且防护门应具有一定的抗爆

4、和防火性能。0003 铁路工程设计防火规范(TB10063-2007)和铁路隧道防灾救援疏散工程设计规范(TB10020-2012)的相关规定有：“长度5.0km及以上隧道内人员疏散口及设备洞室均应设置耐火极限不小于3.0h的防护门”、“横通道两端用于疏散的防护门均应向疏散方向开启，且不得设置门槛”、“客货共线铁路隧道防护门的抗爆荷载不应小于0.10MPa，客运专线铁路隧道防护门的抗爆荷载不应小于0.05MPa”。由此可见，由于铁路隧道的特殊应用环境，铁路隧道防护门同时满足防火门、抗爆门和疏散门的相关要求。0004 目前国家虽暂无抗爆门相关设计标准，但为满足抗爆要求，充分保证门后人员不受爆炸冲

5、击波的影响，市场上的抗爆门均采用密闭设计，即不得设置门缝。但由于疏散通道防护门不得设置门槛的要求，铁路隧道救援站防护门必然存在下门缝。根据防火门的相关规定，为防止火焰穿透到背火面，防火门的下门缝不得超过9mm。同时为了保证门的正常启闭，防火门的下门缝通常按9mm设计。0005 综上所述，铁路隧道防护门是一种存在下门缝的抗爆疏散门，下门缝不超过9mm。因此，有必要对下门缝渗透到门背面的冲击波峰值压力对人体的损伤进行研究，以确定采用下门缝特殊处理的必要性。0006 根据仿真分析，在门扇厚度100mm、下门缝高度9mm，装药量为0.51kg，爆心距门扇2m的情况下，产生的冲击波峰值超压为：门扇中部0

6、.129MPa，门缝入口0.168MPa，门后15cm处15.8KPa，门后18cm处13.8KPa。而根据空气冲击波作用下人的安全距离提供的伤亡等级与超压关系可知，冲击波超压对人体损伤的最低阀值为13.73kPa，由此可见下门缝渗透到门背面的冲击波峰值压力必将对人体造成一定损伤。因此，现有的抗爆门、防火门都不能满足铁路隧道防护门要求。实用新型内容0007 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种铁路隧道防护门冲击波衰减构造，以有效地削减由下门缝渗透到门扇背后的冲击波压力，确保门扇后人员的安全性。0008 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：0009 本实用新型的铁路隧道防护门冲击波衰

7、减构造，包括门扇，其特征是：所述门扇底面沿其厚度方向设置有至少一条凹槽，该凹槽沿门扇宽度方向连续延伸或者间隔延伸。0010 所述凹槽内壁上固定设置多孔材料填充层。说 明 书CN 204060775 U2/5页40011 本实用新型的有益效果是，能有效地削减由下门缝渗透到门扇背后的冲击波压力，贴近地面处的冲击波超压衰减效果约为23倍，地面以上的冲击波衰减量更为明显，衰减效果在10倍以上；结构简单，实施方便，对于钢制抗爆门可采用槽钢焊接于门扇底部，无需采用专门的结构设计。附图说明0012 本说明书包括如下五幅附图：0013 图1是本实用新型铁路隧道防护门冲击波衰减构造的断面图；0014 图2是本实

8、用新型铁路隧道防护门冲击波衰减构造的仰面图；0015 图3是本实用新型铁路隧道防护门冲击波衰减构造的仰面图；0016 图4是本实用新型铁路隧道防护门冲击波衰减构造的放大示意图；0017 图5是本实用新型铁路隧道防护门冲击波衰减构造的放大示意图；0018 图中示出构件、部位及所对应的标记：门扇10、槽钢20、凹槽21、多孔材料填充层30。具体实施方式0019 下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。0020 参照图1和图4，本实用新型的铁路隧道防护门冲击波衰减构造，包括门扇10，该门扇10底面沿其厚度方向设置有至少一条凹槽21。由于爆炸冲击波具有较强的发散性，当冲击波通过下门缝进入凹槽21时

9、，冲击波将扩散到凹槽21内部，部分冲击波通过下门缝进一步渗透到下一级凹槽21，由此最终少量的冲击波到达最后一级凹槽21。另外，在凹槽21内部的冲击波经过反射，也将有部分冲击波到达下一级凹槽21，但峰值压力已大大减小，且与先前到达的冲击波峰值压力的作用时间错开，故而不会形成较强的冲击波压力。0021 如图2所示，该凹槽21沿门扇10宽度方向连续延伸。如图3所示，该凹槽21也可沿门扇10宽度方向间隔延伸。0022 参照图5，所述凹槽21内壁上固定设置多孔材料填充层30，以吸收部分冲击波，使渗透到门扇10后或者下一级凹槽21内的冲击波得到进一步的削减。多孔材料可采用泡沫铝等材料。0023 参照图4和

10、图5，凹槽21或通过在门扇10底面焊接槽钢等金属型材形成，故无需采用对防护门进行专门的结构设计，具有结构简单和实施方便优点。0024 仿真分析结果如下：0025 一、冲击波衰减效果对比分析0026 1、模型0027 模型1为传统抗爆逃生门，门扇尺寸：高度2000mm，宽度1500mm，厚度100mm、下门缝高度9mm。0028 模型2为具有本实用新型冲击波衰减构造的防护门，门扇尺寸：高度2000mm，宽度1500mm，厚度100mm、下门缝高度9mm。门扇底面凹槽的尺寸为：高度100mm,宽度160mm。0029 仿真采用炸弹(TNT)和空气两种材料，爆炸冲击波由TNT产生，并在空气中传播，抗

11、爆门所属的面采用刚性面(即，法线方向位移为零)。说 明 书CN 204060775 U3/5页50030 2、仿真工具0031 选用大型通用显式有限元软件LS-DYNA作为计算工具。LS-DYNA对空气冲击波传播规律的模拟包括TNT炸药的起爆、爆轰波及空气冲击波的形成及传播、冲击波的衰减等复杂的物理、化学过程。0032 3、仿真结果及分析0033 31压力云图仿真结果分析0034 1.2ms时，冲击波在炸药和门之间的空气中传播；0035 1.9ms时，冲击波传播至门扇；0036 2.1ms时，由于地面与门扇的冲击波反射作用，在门缝处形成较大的冲击波压力；0037 2.5ms时，冲击波传播至门缝

12、内，通过对比图可以看出，模型1的冲击波压力明显大于模型2；0038 2.9ms时，模型1的冲击波透过门缝传递至门缝背侧，而模型2的大部分冲击波被门扇凹槽吸收；0039 4.55ms时，模型1的冲击波在门扇背侧扩散，而模型2的冲击波主要作用于门扇凹槽。0040 32冲击波超压仿真结果0041 冲击波超压对比0042 0043 仿真结果分析：0044 门扇中部0045 本次仿真采用的炸药药量约为：16cm*16cm*16cm*1.2g/cm34.9kg，门扇距炸药距离约为2m。根据理论计算式，得出门扇中部冲击波超压应为0.69MPa。理论计算与仿真计算相差约为8，基本符合。0046 以上计算证明了

13、仿真模型与仿真参数选择的正确性。0047 门缝入口说 明 书CN 204060775 U4/5页60048 模型1与模型2的门缝入口的峰值压力均大于门扇中部，主要是由于门扇与地面的反射作用引起。0049 从模型2的压力曲线可以看出，门缝入口压力曲线出现3个波峰，峰值压力分别为0.73MPa、0.96MPa和0.8MPa，峰值0.73MPa的作用时间和压力值均与模型1相符。可以看出，峰值0.73MPa是由于第一次反射引起的，而峰值0.96MPa和0.8MPa均由模型2的凹槽反射引起。0050 门缝出口0051 模型2的门缝出口峰值压力为0.89MPa，虽然仅略小于模型1的0.99MPa，但对比压

14、力云图可以看出，模型2门缝出口峰值压力主要是由凹槽反射至出口处，因此作用方向主要是垂直于地面方向，对门后冲击影响较小。0052 门后20cm、40cm处0053 通过对比，可以看出，模型1的门背侧冲击波压力峰值为125kPa和103kPa，而模型2的冲击波压力峰值为56kPa和32kPa。因此，可以得出结论，模型2的冲击波衰减效果较好，其衰减量约为模型1的23倍。0054 距门扇背侧0.5m，高0.5m处0055 通过对比，可以看出，模型1的门背侧冲击波压力峰值为29kPa，而模型2的冲击波压力峰值为1.8kPa。因此，可以得出结论，模型2的冲击波衰减效果较好，其衰减量约为模型1的16倍。00

15、56 4、结论0057 通过仿真分析得出，采用凹槽设计的抗爆门，门扇凹槽吸收了大量的冲击波，一部分在凹槽内部消耗，一部分反射回门扇前侧；0058 采用凹槽设计的抗爆门冲击波衰减效果较好，对于靠近地面处衰减量约为23倍；对于地面以上区域衰减效果更佳，约为16倍；0059 若在凹槽内壁增加泡沫铝，用于吸收冲击波，其冲击波衰减效果将更加明显。0060 二、多级衰减与单级衰减效果对比分析0061 1、模型0062 模型3为具有本实用新型冲击波衰减构造的防护门，门扇尺寸：高度2000mm，宽度1500mm，厚度100mm、下门缝高度9mm。在门扇底面设置一条凹槽，凹槽的尺寸为：高度100mm,宽度160

16、mm。0063 模型4为具有本实用新型冲击波衰减构造的防护门，门扇尺寸：高度2000mm，宽度1500mm，厚度100mm、下门缝高度9mm。在门扇底面设置两条凹槽，凹槽的尺寸为：高度100mm,宽度2*70mm。0064 2、仿真结果分析0065 21冲击波峰值压力0066 说 明 书CN 204060775 U5/5页70067 3、结论0068 通过仿真结果分析可以得出，采用两级衰减之后，冲击波衰减效果明显优于单级衰减；0069 以此类推，若增设多级衰减，透过门缝的冲击波峰值压力将得到进一步衰减。说 明 书CN 204060775 U1/2页8图1图2图3图4说 明 书 附 图CN 204060775 U2/2页9图5说 明 书 附 图CN 204060775 U