一种用于核爆冲击波模拟试验系统的钢结构试验段

1.本发明涉及爆炸冲击波试验技术，尤其涉及核爆冲击波模拟试验系统的试验段结构，具体是一种用于核爆冲击波模拟试验系统的钢结构试验段。


背景技术：

2.爆炸波模拟装置是利用化爆产生爆炸冲击波的试验装置，是用来研究爆炸荷载作用下地面和地下工程结构物动态反应的专用试验设备。爆炸波模拟装置作为爆炸冲击波试验加载手段，具备力学参数单一、重复性好、操作简单、时程短等优点。
3.现有的核爆冲击波模拟试验系统由驱动段爆室和试验段两部分组成，其中，驱动段用于模拟核爆，试验段部分则承担试验区域功能，在其中进行各种设备的抗爆试验。目前，核爆冲击波模拟试验系统的试验段大多均为圆管状结构，其由多个不同管径的区段组合而成，试验段整体组成后，为了保证试验时的结构强度，试验段整体使用混凝土固定，不再拆分。但在实际使用中，发现现有核爆冲击波模拟试验系统的试验段存在以下问题：
4.(1)现有试验段的管道截面与地下工程的坑道截面不相符，不能真实反映设备在坑道中的实际状态。
5.(2)现有的试验段不能拆分后再次进行不同功能的组合，其试验区域固定，试验功能也随之固化，比如设备的抗爆试验只能在其中特定的区段进行，其承受的冲击波除了改变入射超压，几乎没有别的办法，难以满足试验要求的多样化；同时，固化的系统也无法对应更多的试验需求，随着试验范围的扩大，必需要新建系统，而每一个核爆冲击波模拟试验系统都耗资巨大，成本是必须要考虑的因素。
6.(3)现有的试验段无法对进入的冲击波进行主动干预。从驱动段爆室进入的冲击波往往与预设值存在较大差异，在管道约束下，冲击波的传播方向往往与预设的不同，造成试验与实际情况出现较大差别。另外，现有的试验段在冲击波入射后，能量密度的衰减状态无法改变，没有主动提升能量密度的措施。
7.(4)现有的试验段不能拆分后再次进行不同功能的组合，即使具有较大初始能量也只能进行有限的试验内容，能量的利用率低。


技术实现要素：

8.针对背景技术中提出的问题，本发明的目的就是提供一种用于核爆冲击波模拟试验系统的钢结构试验段，其采用分区段的设计，可以根据试验要求组合为不同的结构状态，满足而更多的试验需求，提升能量利用率，且试验环境状态符合地下坑道实际情况。试验段的组合可避免整个系统的重复建设，降低试验建设成本，试验段可建立试验段爆炸冲击波缝合技术，兼顾能量密度的提升。
9.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
10.一种用于核爆冲击波模拟试验系统的钢结构试验段，包括从左到右依次布设的装药试验段、第一试验段、第一变径段、第二试验段、第二变径段和第三试验段，所述装药试验
段为圆管状结构，通过钢筋混凝土构件固定在地面上，所述钢筋混凝土构件包覆在装药试验段外部中间位置；所述装药试验段内部设有装药工位；
11.所述的第一试验段、第二试验段和第三试验段均为直墙圆拱形管状结构，所述直墙圆拱性管状结构由固为一体的底壁、竖向侧壁和弧形拱顶构成，所述的底壁水平设置，弧形拱顶设置在底壁上方，底壁两侧与弧形拱顶两边分别通过竖向侧壁连接，所述的第一试验段的弧形拱顶内径小于第二试验段，第二试验段的弧形拱顶内径小于第三试验段；
12.所述的装药试验段左端通过外部膜片安装段连接核爆冲击波模拟试验系统的驱动段爆室，装药试验段右端通过第一变径段连接第一试验段；第一试验段右端通过第二变径段连接第二试验段，第二试验段右端连接第三变径段，第三变径段右端与第三试验段左端之间设有反力架，第三试验段右端设有反力墙和反力间隙调整支架，所述反力间隙调整支架位于第三试验段与反力墙之间。
13.所述的第一试验段其底壁外部固定包覆有第一筋板，第一试验段的两侧壁外部均固定包覆有第二筋板，所述第一筋板与两个第二筋板固连为一体，组成开口向上的u型框架结构；所述的第二试验段其底壁外部固定包覆有第三筋板，第二试验段的两侧壁外部均固定包覆有第四筋板，所述第三筋板与两个第四筋板固连为一体，组成开口向上的u型框架结构；所述的第三试验段其底壁外部固定包覆有第五筋板，第三试验段的两侧壁外部均固定包覆有第六筋板，所述第五筋板与两个第六筋板固连为一体，组成开口向上的u型框架结构。
14.所述的第一试验段两端分别固连有第一法兰和第二法兰，所述的第一筋板与第二筋板两端分别固连第一法兰和第二法兰；所述的第二试验段两端分别固连有第三法兰和第四法兰，所述的第三筋板与第四筋板两端分别固连第三法兰和第四法兰；所述的第三试验段两端分别固连有第五法兰和第六法兰，所述的第五筋板与第六筋板两端分别固连第五法兰和第六法兰。
15.所述的第一变径段、第二变径段和第三变径段均为直墙圆拱形的变径管结构，所述直墙圆拱形的变径管结构由固为一体的底板、竖向侧板、弧形拱顶板构成，所述弧形拱顶板的左端内径小于右端内径，所述的底板水平设置，弧形拱顶板设置在底板上方，底板两侧与弧形拱顶板两边分别通过竖向侧板连接；
16.所述的第一变径段其底壁外部固定包覆有第七筋板，第一变径段的两侧壁外部均固定包覆有第八筋板，所述第七筋板与两个第八筋板固连为一体，组成开口向上的u型框架结构；所述的第二变径段其底壁外部固定包覆有第九筋板，第二变径段的两侧壁外部均固定包覆有第十筋板，所述第九筋板与两个第十筋板固连为一体，组成开口向上的u型框架结构；所述的第三变径段其底壁外部固定包覆有第十一筋板，第三变径段的两侧壁外部均固定包覆有第十二筋板，所述第十一筋板与两个第十二筋板固连为一体，组成开口向上的u型框架结构。
17.所述的第一变径段两端分别固连有第七法兰和第八法兰，所述的第七筋板与第八筋板两端分别固连第七法兰和第八法兰；所述的第二变径段两端分别固连有第九法兰和第十法兰，所述的第九筋板与第十筋板两端分别固连第九法兰和第十法兰；所述的第三变径段两端分别固连有第十一法兰和第十二法兰，所述的第十一筋板与第二筋板两端分别固连第十一法兰和第十二法兰。
18.所述的反力架包括固定支撑架、支架、竖梁和横梁，其中，固定支撑架固连地面，支架固连在固定支撑架上表面；所述支架整体为竖向的板式框架结构，其右侧面与第三试验段左端固连，左侧面设有面板，所述面板中部设有用于安装测试的设备的门洞，门洞两侧分别设有一竖梁，两个竖梁相对的一面均设有侧板；所述门洞上方的面板固连有横梁，所述横梁两端分别连接两个竖梁的上端，在横梁的下表面设有平板；所述门洞的下方的固定支撑架上设有底板，所述侧板、平板与所述底板、面板构成一个仅在左侧开口的封闭腔体。
19.所述的反力间隙调整支架其数量为两个，两个反力间隙调整支架分别位于第三试验段的尾端两侧，所述的反力间隙调整支架由立框和顶杆构成，所述的立框整体为垂直于反力墙的竖向框架结构，其一端抵触在反力墙上，另一端设有竖向排列的多个定位安装孔，所述顶杆与一定位安装孔螺纹连接，顶杆的另一端与第三试验段相抵触。
20.所述的第一变径段、第一试验段、第二变径段、第二试验段、第三变径段和第三试验段下部分别设有钢架并通过对应的钢架固定在地面上。
21.本发明的有益效果：本发明采用分区段的设计，可以根据试验要求组合为不同的结构状态，满足而更多的试验需求，提升能量利用率，且试验环境状态符合地下坑道实际情况；试验段的组合可避免整个系统的重复建设，降低试验建设成本；试验段通过装药试验段可建立试验段爆炸冲击波缝合技术，兼顾能量密度的提升。
附图说明
22.图1为本发明的整体结构示意图。
23.图2为本发明中装药试验段的立体示意图。
24.图4为第一变径段的立体示意图。
25.图3为第一试验段的立体示意图。
26.图5为反力架的立体结构示意图。
27.图6为反力间隙调整支架的立体结构示意图。
28.图中：5、反力墙，6、反力间隙调整支架，20、装药试验段，21、第一试验段，22、第二试验段，23、第三试验段，25、钢筋混凝土构件，27、装药工位，201、第一变径段，202、第二变径段，203、第三变径段，41、固定支撑架，42、支架，43、竖梁，44、横梁，411、底板，421、面板，431、侧板，441、平板，61、立框，62、顶杆。
具体实施方式
29.下面将结合说明书附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.如图1-图4所示，一种用于核爆冲击波模拟试验系统的钢结构试验段，包括从左到右依次布设的装药试验段20、第一试验段21、第一变径段201、第二试验段22、第二变径段202和第三试验段23，所述装药试验段20为圆管状结构，通过钢筋混凝土构件25固定在地面上，所述钢筋混凝土构件25包覆在装药试验段20外部中间位置；所述装药试验段内部设有装药工位27；
31.所述的第一试验段21、第二试验段22和第三试验段23均为直墙圆拱形管状结构，所述直墙圆拱性管状结构由固为一体的底壁、竖向侧壁和弧形拱顶构成，所述的底壁水平设置，弧形拱顶设置在底壁上方，底壁两侧与弧形拱顶两边分别通过竖向侧壁连接，所述的第一试验段21的弧形拱顶内径小于第二试验段22，第二试验段22的弧形拱顶内径小于第三试验段23；
32.所述的装药试验段20左端通过外部膜片安装段连接核爆冲击波模拟试验系统的驱动段爆室，装药试验段20右端通过第一变径段201连接第一试验段21；第一试验段21右端通过第二变径段202连接第二试验段22，第二试验段22右端连接第三变径段203，第三变径段203右端与第三试验段23左端之间设有反力架4，第三试验段23右端设有反力墙5和反力间隙调整支架6，所述反力间隙调整支架6位于第三试验段23与反力墙5之间。
33.所述的第一试验段21其底壁外部固定包覆有第一筋板，第一试验段21的两侧壁外部均固定包覆有第二筋板，所述第一筋板与两个第二筋板固连为一体，组成开口向上的u型框架结构；所述的第二试验段22其底壁外部固定包覆有第三筋板，第二试验段22的两侧壁外部均固定包覆有第四筋板，所述第三筋板与两个第四筋板固连为一体，组成开口向上的u型框架结构；所述的第三试验段23其底壁外部固定包覆有第五筋板，第三试验段23的两侧壁外部均固定包覆有第六筋板，所述第五筋板与两个第六筋板固连为一体，组成开口向上的u型框架结构。
34.所述的第一试验段21两端分别固连有第一法兰和第二法兰，所述的第一筋板与第二筋板两端分别固连第一法兰和第二法兰；所述的第二试验段22两端分别固连有第三法兰和第四法兰，所述的第三筋板与第四筋板两端分别固连第三法兰和第四法兰；所述的第三试验段23两端分别固连有第五法兰和第六法兰，所述的第五筋板与第六筋板两端分别固连第五法兰和第六法兰。
35.所述的第一变径段201、第二变径段202和第三变径段203均为直墙圆拱形的变径管结构，所述直墙圆拱形的变径管结构由固为一体的底板、竖向侧板、弧形拱顶板构成，所述弧形拱顶板的左端内径小于右端内径，所述的底板水平设置，弧形拱顶板设置在底板上方，底板两侧与弧形拱顶板两边分别通过竖向侧板连接；
36.所述的第一变径段201其底壁外部固定包覆有第七筋板，第一变径段201的两侧壁外部均固定包覆有第八筋板，所述第七筋板与两个第八筋板固连为一体，组成开口向上的u型框架结构；所述的第二变径段202其底壁外部固定包覆有第九筋板，第二变径段202的两侧壁外部均固定包覆有第十筋板，所述第九筋板与两个第十筋板固连为一体，组成开口向上的u型框架结构；所述的第三变径段203其底壁外部固定包覆有第十一筋板，第三变径段203的两侧壁外部均固定包覆有第十二筋板，所述第十一筋板与两个第十二筋板固连为一体，组成开口向上的u型框架结构。
37.所述的第一变径段201两端分别固连有第七法兰和第八法兰，所述的第七筋板与第八筋板两端分别固连第七法兰和第八法兰；所述的第二变径段202两端分别固连有第九法兰和第十法兰，所述的第九筋板与第十筋板两端分别固连第九法兰和第十法兰；所述的第三变径段203两端分别固连有第十一法兰和第十二法兰，所述的第十一筋板与第二筋板两端分别固连第十一法兰和第十二法兰。
38.所述的反力架4包括固定支撑架41、支架42、竖梁43和横梁44，其中，固定支撑架41
固连地面，支架42固连在固定支撑架41上表面；所述支架42整体为竖向的板式框架结构，其右侧面与第三试验段23左端固连，左侧面设有面板421，所述面板421中部设有用于安装测试的设备的门洞425，门洞425两侧分别设有一竖梁43，两个竖梁43相对的一面均设有侧板431；所述门洞425上方的面板421固连有横梁44，所述横梁44两端分别连接两个竖梁43的上端，在横梁44的下表面设有平板441；所述门洞425的下方的固定支撑架41上设有底板411，所述侧板431、平板441与所述底板411、面板421构成一个仅在左侧开口的封闭腔体。
39.所述的反力间隙调整支架6其数量为两个，两个反力间隙调整支架6分别位于第三试验段23的尾端两侧，所述的反力间隙调整支架6由立框61和顶杆62构成，所述的立框61整体为垂直于反力墙5的竖向框架结构，其一端抵触在反力墙5上，另一端设有竖向排列的多个定位安装孔，所述顶杆62与一定位安装孔螺纹连接，顶杆62的另一端与第三试验段23相抵触。
40.所述的第一变径段201、第一试验段21、第二变径段202、第二试验段22、第三变径段203和第三试验段23下部分别设有钢架26并通过对应的钢架26固定在地面上。这样的结构，便于拆分组合，可以变换成不同口径的试验段。
41.所述的反力墙5为钢筋混凝土墙，其右侧还设有支撑牛腿，所述支撑牛腿为垂直于反力墙5的钢筋混凝土墙。
42.本发明中，装药试验段20为辅助区域，通过在装药试验段20装药爆炸，可以对进入的冲击波进行主动干预，进一步完善试验段内的爆炸冲击波模拟形态，同时建立试验段爆炸冲击波缝合技术，试验段装药爆炸可以有效提高试验段冲击波的超冲击波压力度，主动提升能量密度，实现高等级防护设备试验的需要。
43.本发明未详述部分为现有技术。

技术特征：
1.一种用于核爆冲击波模拟试验系统的钢结构试验段，包括从左到右依次布设的装药试验段(20)、第一试验段(21)、第一变径段(201)、第二试验段(22)、第二变径段(202)和第三试验段(23)，其特征是：所述装药试验段(20)为圆管状结构，通过钢筋混凝土构件(25)固定在地面上，所述钢筋混凝土构件(25)包覆在装药试验段(20)外部中间位置；所述装药试验段内部设有装药工位(27)；所述的第一试验段(21)、第二试验段(22)和第三试验段(23)均为直墙圆拱形管状结构，所述直墙圆拱性管状结构由固为一体的底壁、竖向侧壁和弧形拱顶构成，所述的底壁水平设置，弧形拱顶设置在底壁上方，底壁两侧与弧形拱顶两边分别通过竖向侧壁连接，所述的第一试验段(21)的弧形拱顶内径小于第二试验段(22)，第二试验段(22)的弧形拱顶内径小于第三试验段(23)；所述的装药试验段(20)左端通过外部膜片安装段连接核爆冲击波模拟试验系统的驱动段爆室，装药试验段(20)右端通过第一变径段(201)连接第一试验段(21)；第一试验段(21)右端通过第二变径段(202)连接第二试验段(22)，第二试验段(22)右端连接第三变径段(203)，第三变径段(203)右端与第三试验段(23)左端之间设有反力架(4)，第三试验段(23)右端设有反力墙(5)和反力间隙调整支架(6)，所述反力间隙调整支架(6)位于第三试验段(23)与反力墙(5)之间。2.根据权利要求1所述的一种用于核爆冲击波模拟试验系统的钢结构试验段，其特征是：所述的第一试验段(21)其底壁外部固定包覆有第一筋板，第一试验段(21)的两侧壁外部均固定包覆有第二筋板，所述第一筋板与两个第二筋板固连为一体，组成开口向上的u型框架结构；所述的第二试验段(22)其底壁外部固定包覆有第三筋板，第二试验段(22)的两侧壁外部均固定包覆有第四筋板，所述第三筋板与两个第四筋板固连为一体，组成开口向上的u型框架结构；所述的第三试验段(23)其底壁外部固定包覆有第五筋板，第三试验段(23)的两侧壁外部均固定包覆有第六筋板，所述第五筋板与两个第六筋板固连为一体，组成开口向上的u型框架结构。3.根据权利要求2所述的一种用于核爆冲击波模拟试验系统的钢结构试验段，其特征是：所述的第一试验段(21)两端分别固连有第一法兰和第二法兰，所述的第一筋板与第二筋板两端分别固连第一法兰和第二法兰；所述的第二试验段(22)两端分别固连有第三法兰和第四法兰，所述的第三筋板与第四筋板两端分别固连第三法兰和第四法兰；所述的第三试验段(23)两端分别固连有第五法兰和第六法兰，所述的第五筋板与第六筋板两端分别固连第五法兰和第六法兰。4.根据权利要求1所述的一种用于核爆冲击波模拟试验系统的钢结构试验段，其特征是：所述的第一变径段(201)、第二变径段(202)和第三变径段(203)均为直墙圆拱形的变径管结构，所述直墙圆拱形的变径管结构由固为一体的底板、竖向侧板、弧形拱顶板构成，所述弧形拱顶板的左端内径小于右端内径，所述的底板水平设置，弧形拱顶板设置在底板上方，底板两侧与弧形拱顶板两边分别通过竖向侧板连接；所述的第一变径段(201)其底壁外部固定包覆有第七筋板，第一变径段(201)的两侧壁外部均固定包覆有第八筋板，所述第七筋板与两个第八筋板固连为一体，组成开口向上的u型框架结构；所述的第二变径段(202)其底壁外部固定包覆有第九筋板，第二变径段(202)
的两侧壁外部均固定包覆有第十筋板，所述第九筋板与两个第十筋板固连为一体，组成开口向上的u型框架结构；所述的第三变径段(203)其底壁外部固定包覆有第十一筋板，第三变径段(203)的两侧壁外部均固定包覆有第十二筋板，所述第十一筋板与两个第十二筋板固连为一体，组成开口向上的u型框架结构。5.根据权利要求4所述的一种用于核爆冲击波模拟试验系统的钢结构试验段，其特征是：所述的第一变径段(201)两端分别固连有第七法兰和第八法兰，所述的第七筋板与第八筋板两端分别固连第七法兰和第八法兰；所述的第二变径段(202)两端分别固连有第九法兰和第十法兰，所述的第九筋板与第十筋板两端分别固连第九法兰和第十法兰；所述的第三变径段(203)两端分别固连有第十一法兰和第十二法兰，所述的第十一筋板与第二筋板两端分别固连第十一法兰和第十二法兰。6.根据权利要求1所述的一种用于核爆冲击波模拟试验系统的钢结构试验段，其特征是：所述的反力架(4)包括固定支撑架(41)、支架(42)、竖梁(43)和横梁(44)，其中，固定支撑架(41)固连地面，支架(42)固连在固定支撑架(41)上表面；所述支架(42)整体为竖向的板式框架结构，其右侧面与第三试验段(23)左端固连，左侧面设有面板(421)，所述面板(421)中部设有用于安装测试的设备的门洞(425)，门洞(425)两侧分别设有一竖梁(43)，两个竖梁(43)相对的一面均设有侧板(431)；所述门洞(425)上方的面板(421)固连有横梁(44)，所述横梁(44)两端分别连接两个竖梁(43)的上端，在横梁(44)的下表面设有平板(441)；所述门洞(425)的下方的固定支撑架(41)上设有底板(411)，所述侧板(431)、平板(441)与所述底板(411)、面板(421)构成一个仅在左侧开口的封闭腔体。7.根据权利要求1所述的一种用于核爆冲击波模拟试验系统的钢结构试验段，其特征是：所述的反力间隙调整支架(6)其数量为两个，两个反力间隙调整支架(6)分别位于第三试验段(23)的尾端两侧，所述的反力间隙调整支架(6)由立框(61)和顶杆(62)构成，所述的立框(61)整体为垂直于反力墙(5)的竖向框架结构，其一端抵触在反力墙(5)上，另一端设有竖向排列的多个定位安装孔，所述顶杆(62)与一定位安装孔螺纹连接，顶杆(62)的另一端与第三试验段(23)相抵触。8.根据权利要求4所述的一种用于核爆冲击波模拟试验系统的钢结构试验段，其特征是：所述的第一变径段(201)、第一试验段(21)、第二变径段(202)、第二试验段(22)、第三变径段(203)和第三试验段(23)下部分别设有钢架(26)并通过对应的钢架(26)固定在地面上。

技术总结
本发明提出一种用于核爆冲击波模拟试验系统的钢结构试验段，包括从左到右依次布设的装药试验段、第一试验段、第一变径段、第二试验段、第二变径段和第三试验段，所述的第一试验段、第二试验段和第三试验段均为直墙圆拱形管状结构，装药试验段右端通过第一变径段连接第一试验段；第一试验段右端通过第二变径段连接第二试验段，第二试验段右端连接第三变径段。本发明可以根据试验要求组合为不同的结构状态，满足而更多的试验需求，提升能量利用率，且试验环境状态符合地下坑道实际情况；试验段的组合可避免整个系统的重复建设，降低试验建设成本；试验段可建立试验段爆炸冲击波缝合技术，兼顾能量密度的提升。兼顾能量密度的提升。兼顾能量密度的提升。


技术研发人员：辛凯 梁仕发 闫民华 高永红 张瑶瑶 周立强 黄旭
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院国防工程研究院工程防护研究所
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/7/22