防爆墙(或抗爆墙)的功能之一就是在发生时,地限制冲击波和碎片向受保护区域飞溅,从而保护人员安全和关键设备。防止碎片飞溅伤人主要通过以下几个关键设计原则和机制实现:
1. 材料选择与韧性优先:
* 高强度与高韧性: 防爆墙通常采用具有高屈服强度和限抗拉强度的材料(如特种钢材、增强混凝土、复合材料)。但更重要的是,材料必须具有优异的韧性(延展性)。韧性意味着材料在承受巨大冲击力时,不会像脆性材料(如普通砖石)那样瞬间粉碎性,而是会发生显著的塑性变形(弯曲、拉伸、凹陷)。
* 吸收能量: 这种塑性变形过程本身就是一个巨大的能量吸收过程。产生的冲击波能量很大一部分被转化为使墙体材料变形的功,而不是用于将墙体本身撕裂成高速飞行的碎片。材料在变形过程中“吃掉”了能量,减少了产生致命碎片的动能来源。
2. 结构设计优化:
* 整体性与连续性: 墙体设计强调整体性和连续性,尽量减少薄弱连接点和接缝。面板之间、面板与支撑结构(如立柱、基础)的连接采用专门设计的高强度、高延展性紧固件和连接件(如特种螺栓、剪切销、延展性连接板)。这些连接件在超载时可能发生可控变形甚至“牺牲性”断裂,但其主要目的是在载荷下保持墙体面板作为一个整体协同工作,防止面板被“掀飞”或连接点脆性断裂产生碎片。
* 支撑结构设计: 支撑墙体的立柱、梁和基础也必须进行抗爆设计。它们需要足够的强度、刚度和延展性来承受墙体传递过来的巨大反力,并将载荷安全地导入地基,防止支撑结构自身失效产生碎片或导致墙体整体倾覆。
* 泄压设计(可选但关键): 在一些设计中(尤其室内或密闭空间),防爆墙可能结合泄压面板。这些面板经过精密计算,在特定压力阈值下会优先、可控地开启或,为冲击波提供一条定向泄放的路径。这显著降低了作用在主体墙体上的峰值压力,从而降低了主体墙体承受载荷导致整体飞溅的风险。泄压面板本身的设计也考虑尽量减少飞溅碎片。
3. 碎片抑制机制:
* 内部增强层: 混凝土防爆墙常在内部嵌入高强度钢筋网或钢纤维,提高了混凝土的抗裂性和整体性。即使混凝土表面因冲击产生裂纹,内部的增强材料也能将碎片“拉住”,防止其大面积剥落飞散。
* 复合材料夹层结构: 一些防爆墙采用夹层结构,例如内外层为钢板,中间填充吸能材料(如矿物纤维、聚合物泡沫、蜂窝结构)。外层钢板提供强度和抗冲击面,中间层通过压缩、碎裂等方式吸收大量能量,内层钢板则作为后一道防线并抑制内部填充物碎片化飞出。这种结构能有效“困住”内部可能产生的细小碎片。
* 背衬纤维布/网(混凝土墙): 在混凝土墙受保护侧(背爆面)表面或内部铺设高强度纤维布(如芳纶、玻璃纤维)或金属网,能在混凝土开裂时提供“兜网”效应,阻止或限制混凝土碎块飞溅。
4. 控制破坏模式:
* 的设计旨在引导墙体在载荷下以一种相对可控的方式失效。理想的情况是墙体发生大范围的塑性弯曲变形(像一个被压瘪的罐子),或者沿着预设的延性连接件发生整体位移,而不是发生脆性断裂或粉碎性破坏。塑性变形虽然会使墙体损坏,但产生的碎片数量、尺寸和速度都远低于脆性破坏。
总结来说,防爆墙防止碎片飞溅伤人的在于:
* 利用高韧性材料塑性变形吸收能量,从根本上减少碎片产生。
* 通过精心设计的整体结构和高延性连接,保持墙体完整性,防止解体。
* 利用增强筋、夹层填充物、纤维背衬等构造,主动束缚、抑制和“兜住”潜在的碎片。
* 通过泄压措施降低墙体承受的载荷,降低整体破坏风险。
* 引导墙体发生可控的塑性变形失效模式,而非危险的脆性碎裂。
这些措施共同作用,将产生的致命碎片风险降至低,为后方区域的人员和设备提供至关重要的防护屏障。防爆墙的设计、选材和安装必须严格遵循相关标准和规范,并经过的计算和认证,以确保其在实际事件中能有效发挥预期作用。