抗爆墙防止碎片飞溅伤人的机制在于其设计理念、材料特性和结构构造的综合作用,目标是将冲击能量安全吸收、耗散或引导,并大限度地约束墙体本身及背后的碎片。以下是其具体防护原理:
1. 能量吸收与耗散(机制):
* 塑性变形: 抗爆墙的关键构件(如钢板、特殊合金、增强混凝土)被设计成在承受超压时能够发生显著的塑性变形(即弯曲、拉伸而非脆性断裂)。这个过程就像汽车撞击时的“吸能区”,将产生的巨大动能转化为材料内部变形所消耗的能量。能量被“吃掉”了,用于推动碎片飞溅的能量就大大减少。
* 整体位移: 墙体的支撑系统(如基础、连接件)常设计成允许墙体在巨大冲击下发生可控的整体位移或转动(例如,底部铰接,顶部可移动)。这种设计让墙体像一个巨大的“缓冲垫”一样向后或向特定方向移动,进一步耗散冲击能量,避免局部应力集中导致墙体瞬间爆裂。
2. 防止脆性破碎与约束碎片:
* 高韧性材料: 选用具有高韧性和延展性的材料(如特种钢材、纤维增强混凝土FRC)。这些材料在承受限载荷时倾向于弯曲、拉伸甚至撕裂,而不是像普通混凝土或脆性材料那样突然崩解成无数高速碎片。
* 纤维增强: 在混凝土中添加钢纤维、合成纤维(聚、PVA、玻璃纤维等)是其重要的措施。这些纤维像无数微小的“锚”,在混凝土内部开裂时跨越裂缝,提供残余强度,将可能形成的混凝土碎块牢牢地“网住”或“粘结”在一起,减少碎片数量和飞溅距离。纤维混凝土即使开裂严重,也能保持较好的整体性,碎块较大且不易飞散。
* 防护覆层/背衬: 有时在墙体面向源一侧或背面添加特殊覆层(如弹性聚合物涂层、凯夫拉层、附加薄钢板)。这些覆层能进一步束缚潜在的碎片,或在碎片形成时吸收其动能。
3. 结构完整性设计:
* 强连接节点: 墙体各组成部分之间(如面板与框架、框架与基础)的连接设计得非常牢固,确保在载荷下,连接点不会先于墙体主体失效。连接失效往往是导致整个结构解体、产生大量大型致命碎片的原因。
* 泄爆设计(特定情况): 对于封闭空间内的抗爆墙,有时会结合泄爆板或泄爆屋顶设计。泄爆板在预定压力下优先开启,将冲击波和高温气体导向相对安全的泄爆方向(通常是向上或向无人区),从而显著降低作用在抗爆墙上的峰值压力,从根本上减少墙体受损和碎片产生的可能性。
4. 阻挡外部碎片:
* 即使抗爆墙自身不产生碎片,其首要功能也是作为一个其坚固的物理屏障,阻挡源侧飞来的设备碎片、建筑构件或其他物体(二次碎片)穿透墙体,保护墙后的人员和关键设施。其材料和厚度足以抵御这些高速冲击物。
总结来说,抗爆墙防碎片飞溅的关键在于:
* “以柔克刚”: 通过自身塑性变形吸收能量(主钢构件、柔性连接)。
* “化整为零”: 利用纤维增强技术将潜在的混凝土碎片牢牢束缚在整体结构内,使其难以分离飞散。
* “”: 作为坚固屏障阻挡外部碎片穿透。
* “疏导压力”(可选): 结合泄爆设计降低墙体承受的峰值载荷。
这些设计原则共同作用,使得抗爆墙在发生时,即使发生严重变形甚至局部损坏,也能大限度地限制碎片(无论是墙体自身产生的还是阻挡的外部碎片)的数量、尺寸、速度和飞散范围,从而有效保护墙后人员的生命安全。其本质是一种“牺牲式”防护,通过墙体的可控破坏来换取人员的安全空间。