机场防护工程设计课件

防护工程与结构第二章武器作用效应与结构防护原则1.1常规武器分类（按照发射方式分类）轻武器火炮航空炸弹常规弹头导弹1常规武器及破坏效应航弹威力大，是防护工程的主要防护目标，苏联-kg，美国-b,分普通和制导两类。导弹分战略、战术；又分空空、空地、地(舰,潜)空、地地1防护工程与结构常规武器分类（按照弹丸破坏效应分类）爆破弹型：依靠炸药爆炸产生冲击波、弹片来破坏杀伤目标，如火炮榴弹，普通航爆弹。半穿甲：又名侵彻爆破弹。靠弹丸动能侵彻目标，又靠装药爆炸破坏目标，如航、炮弹中的半穿甲弹。穿甲弹：依靠弹丸的动能侵彻、贯穿目标。燃料空气弹：又名云爆弹。弹体爆炸抛洒液体燃料与空气混合，经二次引爆产生冲击波来杀伤目标和人员燃烧弹：靠弹体内的凝固汽油的燃烧火焰破坏目标。2防护工程与结构1.2常规武器破坏效应对防护结构，武器具有冲击和爆炸作用。从结构响应方面，分为局部作用和整体作用。1.2.1冲击局部作用无装药弹丸命中，结构受冲击作用，动能弹体撞击结构的两种情况：一，弹体被弹回或留下一定凹坑被弹开；二，弹丸冲击结构侵入内容，甚至发生贯穿。3防护工程与结构4防护工程与结构单纯冲击引起的破坏，与一般工程结构破坏不同，仅发生在结构的局部范围，产生局部破坏。局部作用与结构形式、支座条件无关，只与材料性质有关，例如炮弹冲击钢筋混凝土产生震塌现象，而木材就不会出现类似现象。5防护工程与结构1.2.2爆炸局部作用装药弹丸，在冲击过程中或冲击结束发生爆炸，进一步破坏结构。爆破弹，一般不考虑侵彻钢混等坚硬材料，但会侵入土壤等软介质。半穿甲、穿甲弹，考虑弹丸侵入混凝土发生爆炸。由于弹丸侵入介质内部，爆炸能量不能有效逸出空中，提高了爆炸能量在介质中的分配比例，从而破坏作用更大。承受爆炸且侵入后爆炸的破坏效应更强。6防护工程与结构爆炸使得混凝土被压碎、破坏、飞散而形成弹坑；构件背面，随着爆炸能力的提高，依次出现无裂缝、产生裂缝、震塌、震塌漏斗坑、最后贯穿。

爆炸和冲击的局部破坏十分类似，都是命中点附近的材料质点获得极高速度，介质内产生很大应力导致结构破坏，且破坏发生在弹着点及其反表面区域。7防护工程与结构1.2.3整体作用弹丸冲击和爆炸还对结构产生压力，即冲击荷载或爆炸荷载，导致整个结构产生变形和内力的作用。例如，梁板的弯曲、剪切变形与破坏、柱的压缩、基础的沉陷等。整体作用下的结构破坏，是结构由于承载力不够或出现过大的变形、裂缝、直至整个结构的倒塌。破坏点一般发生在内力最大的地方，与结构形式和支座条件密切相关。

局部作用是应力波传播的波动效应，整体作用是动载引起的振动效应8防护工程与结构常规武器爆炸，可分为三种情况：直接接触结构爆炸；侵入到结构材料爆炸；距结构一定距离爆炸。局部作用局部作用局部作用整体作用

跨度大、构件厚，局部作用为主，反之整体作用为主。在进行防护结构设计时，若设定常规武器直接命中，需要同时考虑局部和整体两种破坏作用，以最危险情况进行设计。若设定武器非直接命中，只需考虑整体作用。9防护工程与结构2.1概述

按发射方式分类，可分为核导弹（地地、潜地、巡航）、核航弹。

按射程分类，分为洲际、远程、中程、近程。

按照功能，一般核弹，特殊功能的裁剪-增强核弹（电磁脉冲弹EMP、冲击波弹ERR、增强辐射弹），无剩余辐射核弹。2核武器及其破坏效应原子弹氢弹中子弹10防护工程与结构11防护工程与结构核武器的威力以TNT当量来衡量。核武器在空中爆炸时，产生强烈闪光、出现火球，上升膨胀形成蘑菇云，同时伴有早期核辐射、光辐射和强烈的空气冲击波。蘑菇云内的物质受强烈的早期核辐射而产生感生放射现象，随风飘落后，形成放射尘埃，导致下风方向的放射沾染。在地面爆炸会形成弹坑，并向地下直接传播冲击波。12防护工程与结构1945.8.6，广岛原子弹爆炸。小男孩，以铀235为裂变材料，弹体长3.04m，弹径0.71m，重4.09t，当量20ktTNT。爆炸造成广岛7.1万人死亡，6.8万人受伤，烧毁40%城市面积。1945.8.9，长崎原子弹爆炸。胖子，以钚239为裂变材料，弹体长3.25m，弹径1.52m，重4.55t，当量20ktTNT。爆炸造成广岛3.6万人死亡，4.2万人受伤，烧毁30%城市面积。13防护工程与结构2.2破坏效应2核武器及其破坏效应光辐射空气冲击波早期核辐射放射性沾染核电磁脉冲直接地冲击冲击与震动14防护工程与结构

光辐射：高温、瞬时的闪光、低频紫外线和可见光；形成明亮火球，接近太阳表面温度，可见光和红外线，1-3s，热辐射，占总能量35%。

空气冲击波：几十亿大气压，千万度高温，压缩空气，形成冲击波向外传播。先后产生压缩区和稀疏区。超压Δp，动压u。0.1-1s，占总能量50-60%，对人员和防护结构的主要杀伤因素。

15防护工程与结构

早期核辐射：爆炸初期，几秒~十几秒，α射线，β射线，γ射线，中子流。特点：穿透力强；引起放射性损伤；散射；中子引起其他物质感生放射。剩余辐射厚度/cm钢铁混凝土砖木材土壤水1/101035479050701/1002070941801001401/10003010514127015021016防护工程与结构

放射性沾染：核爆炸产生的大量放射性物质（核裂变碎片、未反应核装料）存在于火球和烟云中，烟云中的土壤及其他材料因中子感生放射。随风飘落在地面，形成放射性沾染带。人体皮肤和呼吸，致放射病。

核电磁脉冲：频谱宽，覆盖输电、雷达系统，高空爆炸可导致大范围的电磁破坏干扰，威胁指挥通信系统和设备。防护措施：电磁屏蔽。17防护工程与结构

直接地冲击：爆炸冲击传入地内，产生的冲击波。发生于地下、触地、近地核爆炸。对于重要的防护工程，要求抵抗核触地爆，对于人防工程，只要求抵抗空中核爆炸。

冲击与震动：频空气、地下、水下冲击波引起的防护结构的震动，超过人员、设备的耐受值，引起的损伤破坏。18防护工程与结构2.3核爆炸方式2核武器及其破坏效应空中爆炸地面爆炸地下爆炸考虑哪种破坏效应是防护结构的主要考虑对象，取决于核爆炸与地表的相对位置。以比例爆高Hs划分爆炸方式。H，爆炸高度，mW，TNT当量，kt19防护工程与结构

空中爆炸：火球不与地面接触，Hs>40~60，几乎不产生弹坑效应，又分为低空、中空、高空三种爆炸方式。一次典型的空中核爆炸（120<Hs<300），各种杀伤因素的能量分配比例如图：20防护工程与结构

地面爆炸：火球与地面接触的爆炸。直接接触为触地爆Hs>0。空气冲击波和地冲击为主要因素，因为卷起大量地面物质和尘土，放射性沾染更严重。对重要防护工程采用地面爆炸，触地爆炸。

地下爆炸：钻地爆，Hs<0。分为浅层爆炸和封闭爆炸。随着深度增加，空气冲击波和辐射效应降低，地下冲击波作用增强，用于破坏深层的防护工程。21防护工程与结构3.1常规武器的防护若按直接命中防护结构进行设计，难度较大，例如750lb爆破弹，就需要2-2.5m厚混凝土。

对于重要的防常规武器直接命中的防护结构，宜采用成层式、坑道式、深埋式结构，延长武器爆炸与结构的距离。对于一般防护工程，仅考虑非直接命中，例如防空地下室等人防工程。采用分散布置设计，最大程度降低直接命中的破坏程度。3地下结构防护原则22防护工程与结构为防止孔口设备的破坏，防护门、防爆活门等应尽量靠里布置。出入口分散布置，人防工程内采用防护单元隔墙等措施来提高工程的生存概率。3.2核爆空气冲击波的防护（1）工程结构和口部部件要按照空气冲击波和土中压缩波的动力作用进行设计。各种结构和设备必须有足够的抗力。此外，平时使用的出入口、通风口和其他孔洞，在临战前进行封堵。23防护工程与结构3.2核爆空气冲击波的防护（2）出入口露处地面部分，做成破坏后易于清除的轻型构筑物，设置两个以上的出入口，并不同朝向，避免同时遭破坏。直通地面的出入口和通风口，避开地面建筑物的倒塌范围，并设置防倒塌棚架，并采用在冲击波作用下易破碎的材料构筑，以防堵塞出入口。24防护工程与结构3.3早期辐射的防护对于深埋工程，可不考虑早期辐射。为减少出口通道进来的核辐射，各道防护门、密闭门加起来要达到一定的厚度，通道也要一定的长度。3.4生化武器、放射沾染的防护生物、化学、放射沾染，均可从孔口进入工程内部。主要采取密闭措施，与外界隔绝。所有孔口设置密闭装置，对外通风系统采用虑毒通风装置。25防护工程与结构第三章空气冲击波1.1基本概念空气中的波1概述声波、空气冲击波26防护工程与结构如果介质中的波引起介质压力与密度的变化很微小，介质的应力-应变关系保持近似线性，称为弹性波或弱波。空气中的声波，340m/s弹性波又名广义声波。27防护工程与结构如果介质中波的压力变化较周围介质压力的变化是一个有限幅度的压力扰动，不能视为无限小，这种扰动就会形成冲击波。空气冲击波是一种局部空气前边界处形成压力（密度、质点速度）的突跃（强间断）状态的传播过程。前边界称为冲击波的波阵面。空气冲击波具有陡峭的波阵面，压力陡然增加至最大。28防护工程与结构1.2爆炸空气冲击波的产生炸药点火，高温高压气体，压缩周围空气，推动周围空气运动，形成压力突跃的波阵面，即强扰动以激波的形式在空气中传播。爆轰产物膨胀，压力、温度、运动速度下降，与大气压力相近时，停止膨胀。惯性作用下，冲击波脱离爆轰产物向前运动，在尾部形成稀疏区，低于大气压力，即负压区。29防护工程与结构30防护工程与结构1.3空气冲击波的特性（1）超压、负压：冲击波以超音速传播，象一个双层球体，外层压缩区，内层稀疏区。波阵面压缩区压缩区后边界稀疏区冲击波超过周围大气压力的瞬时压力成为超压；给定位置上超压的最大值称为超压峰值；低于周围大气压力的瞬时压力为负压31防护工程与结构压缩区通过的时间为冲击波的正压作用时间；稀疏波通过的时间为负压作用时间。负压作用时，空气质点获得与前进方向相反的速度。冲击波的典型时程曲线压力沿爆心距离的分布32防护工程与结构1.3空气冲击波的特性（2）动压：冲击波波阵面内的空气质点具有速度，当运动受阻时，其动能以压力形式释放，这种压力被成为动压q。动压与空气质点速度的平方成正比，表现为一种强力风。冲击波沿地面传播时，只有超压，碰到障碍物，才产生动压。（3）入射、反射、绕射：孔口发生入射，障碍拐角发生绕射，障碍发生反射。33防护工程与结构2.1爆炸相似率2基本原理当装药模型与原型为同一种装药，在相同的初始大气条件下，当装药几何相似时，在几何相似的距离上爆炸压力相等。比例参数CL。34防护工程与结构35防护工程与结构装药半径R（直径d）与装药料W之间关系有根据爆炸相似率，装药料分别为W1和W2的两次爆炸中，满足：则在相应距离上满足：36防护工程与结构根据爆炸相似率，可得超压参数表示为：爆炸相似率意味着峰值压力、比例作用时间等在比例距离上保持不变。装药重要从几克至上百吨的爆炸试验证实了该规律。37防护工程与结构2.2冲击绝热方程波阵面波阵面质量守恒动量守恒能量守恒38防护工程与结构其中质量守恒动量守恒能量守恒单元质量空气内能绝热指数,取1.439防护工程与结构求解得到冲击绝热方程40防护工程与结构41防护工程与结构3.1正反射3空气冲击波的反射42防护工程与结构43防护工程与结构44防护工程与结构3.2规则反射和马赫反射爆心规则反射区不规则反射区入射冲击波反射冲击波马赫反射冲击波地面45防护工程与结构4.1自由大气中核爆空气冲击波参数4核爆空气冲击波主要参数：超压，动压，正压作用时间，超压随时间的变化规律（时程曲线）。爆炸相似率，计算相关参数。超压可计算为：46防护工程与结构1kt当量核爆空气冲击波，波阵面超压Δp/MPa47防护工程与结构1kt当量核爆空气冲击波，波阵面动压q/MPa48防护工程与结构1kt当量核爆空气冲击波，超压持续时间t+/ms49防护工程与结构4.2核爆地面空气冲击波参数地面加强冲击波爆心掩蔽结构地面50防护工程与结构4.2核爆地面空气冲击波参数爆炸接近地面时，空气冲击波初始就得到加强，以半球形式向外传播，地面空气冲击波的方向可认为与地面平行。

地爆的能量密度可视为同当量核弹头的空中爆炸的两倍，即当量W替换为2W。地面冲击波的分布规律，由比例爆高（）和比例距离（）确定。51防护工程与结构核爆地面冲击波，超压峰值等值线图52防护工程与结构核爆地面冲击波，超压峰值等值线图53防护工程与结构

地面冲击波动压：入射的地面冲击波遇到障碍物，由于空气质点速度滞止转化来的压力。冲击波阵面密度冲击波阵面质点速度54防护工程与结构5空气冲击波在通道中的传播通道外或通道内的空气冲击波在遇到孔洞时要向通道内传播。主要包括：通道外向通道内传播、在通道内传播、冲击波遇到转弯与分