דלתות הדף (BLAST DOORS)

דלתות הדף הן אלמנטי מבנה האמורים לעמוד בפני עומסים דינמיים גדולים במיוחד.

ההבדל בינם לבין אלמנטי מבנה אחרים נעוץ בעובדה שאלמנטים אלה מתוכננים לפתיחה ולסגירה (בזמן שלא פועל עליהם ההדף). מה שמחייב מתן תשומת לב רבה יותר בתכנון. בדרך כלל העומסים שיפעלו עליהם הינם לחצים גבוהים עקב פיצוץ אם כי בעקרון, יכולים להיות מופעלים עליהם עומסים אחרים כמו מהלומות, ירי וכד`.


דלתות ההדף שכולנו מכירים הינם דלתות הכניסה למרחבים המוגנים. מדובר בפריטים סטנדרטיים שאושרו על ידי פיקוד העורף, לאחר שעברו סדרות נסויי פיצוץ של איום הייחוס (ראה להלן דוגמא של דלתות אחים תורתי בע"מ).
 

ואולם, קיימים מבנים רבים נוספים שדורשים כניסה מבעד לדלתות הדף כמו למשל: מרחבים מוגנים שאינם סטנדרטיים, חדרי בקרה ופיקוד, תאים וחדרי ייצור ואחסנה של חומרי נפץ והדף, חדרים בתעשיה הכימית והפטרוכימית בהם יש פוטנציאל של פיצוץ או בעירה חזקה, מחסני תחמושת, דת"קים למטוסי קרב, מקלטים עמידים בפיצוץ גרעיני, דלתות של רכבים משורינים ועוד.

במקרים מסוימים תידרש הדלת גם למניעת מעבר רסיסים בנוסף לעמידותה בלחצי ההדף. גם דלתות ביטחון כנגד חדירת קליעים או כנגד פריצה בכוח יכולות להכלל בקטגוריה זאת.

ניתן לסווג את הדלתות לפי: גודלן, צורתן, עצמת ההדף שיפעל עליהן, אופן הפתיחה והסגירה, קריטריון הנזק שניתן לאפשר לאלמנטים אלה לספוג, על מי או על מה הן אמורות להגן, וכד`.
 
כאשר הדלת משמשת לכניסת אדם, היא תהיה חד כנפית בגודל של כ- 70/210 עד 90/210 ס"מ. כאשר היא משמשת לכניסת עובדים עם חפצים היא יכולה להיות כ 100/210  עד 120/210 ס"מ. כאשר הדלת תשמש לכניסת מספר אנשים בעת ובעונה אחת אפשר לעשותה דו - כנפית.

ברור כי במקרים של דלתות לכניסה ויציאה של מלגזה עמוסה או של מטוס קרב המידות יגדלו בהתאם.

מבנה הדלת  יהיה של פנל שטוח העשוי מלוח פלדה או מלוח פלדה הנשען על צלעות או קורות מחלקות.

במקרים רבים משתמשים בקורות המצופות בפחי פלדה משני הצדדים ואף יש מקרים שהמרווח בין הפחים ימולא בחול או בבטון להגדלת המסה ושיפור העמידות לחדירת רסיסים. ניתן לתכנן גם דלתות קמורות או קעורות, ריבועיות או עגולות וכד`.

בתמונות הבאות (נלקח מאתר חברת Defence Doors Ltd) נראה דלת הדף במצב פתוח ודלת הדף מפח 65 מ"מ בשלב של ייצור.
 

ההדף שיפעל על הדלת יכול להיות כתוצאה מפיצוץ חיצוני ואז משך פעולת הלחץ נמדד במספר מילי שניות.

במקרה של פיצוץ פנימי משך פעולת הלחץ יכול לגדול מעשרות מילישניות ועד כדי מספר שניות וזאת בתלות בנפח החדר, בכמות חומר הנפץ ובשטחי שחרור הלחץ .

כנפי הדלתות יכולות להפתח ולהיסגר על צירים (כדלת רגילה) או בהזזה על מסילה עליונה או תחתונה. ככל שהדלת כבדה יותר כך יידרשו אמצעים מכניים מורכבים יותר לעזור בפתיחתה כמו פעולה פניאומטית או הידראולית או מנוע מכני .

קריטריון הנזק שייבחר על ידי מתכנן או מזמין הדלת, תלוי באופי העומס, האם הוא חד פעמי (עקב תאונה בחמרים נפיצים או נפילת טיל) או האם יהיו פיצוצים חוזרים ונשנים בהם הדלת תעמוד (כמו בחדרי נסויים או בחדרי השמדת חפצים חשודים)

כמו כן תלוי קריטריון הנזק במתן מענה לשאלות כמו: על מי או על מה הדלת אמורה להגן ? האם היא תגן על בני אדם, על ציוד או על חמרי נפץ אחרים ? לעיתים הציוד יכול להיות יקר לעין ערוך (מטוס קרב למשל). שאלות נוספות הם: האם ניתן לאפשר דליפה מסוימת של תוצרי הפיצוץ (גזים ואש) ? האם היא צריכה לעמוד בפיצוצים נוספים ? האם יהיה צורך בפתיחה רגילה לאחר הפיצוץ ?

מתכנן הדלת חייב גם להתייחס לאפשרות שבחירת רמת נזק גבוהה יכולה גם להשפיע על "בריחת" כל כנף הדלת מהשפות עליה היא נשענה ומעופה לאזור המוגן ועליו להגדיל בהתאם את "כתפי" ההשענה.

אחת הבעיות שמסבכות את תכנון דלתות הדף היא פעולת ה"ריבאונד". הדלת שנלחצת בשלב הראשון אל מסגרת הפתח ומפתחת דפורמציות בכוון זה, לאחר הגעתה למקסימום הדפורמציה, הדלת תשאף לחזור למצבה הקודם ותקפוץ לכוון ההפוך. אבל אז משתנה מצב ההשענה שלה ומה שיתפוס אותה שלא תעוף אחורנית אלה הבריחים או הצירים.

במקרה של דלתות הזזה יהיה צורך לתכנן עמוד יחודי שישמש כסמך לפעולת הריבאונד. חשוב לציין כי כאשר קיימת דרישה של מניעת דליפת לחץ, כדור אש או של חומרים מסוכנים, יש צורך ליישם סביב כנף הדלת או סביב מסגרת הפתח אטם מחמר דחיס (ניאופרן בדרך כלל). בשעת נעילת הדלת יש להבטיח כי האטם יידחס בכח מסויים על מנת שבשלב פעולת הריבאונד הוא עדיין יימצא במצב דחוס ולא יאפשר מעבר.
 
כיצד מתכננים דלת הדף ? במקרה של דלת מלבנית, עשויה מפח פלדה, בה הרוחב קטן ביחס לגובה, הדרך הפשוטה והמקובלת היא על ידי חישוב רצועה אופקית של הדלת כקורה הנשענת על שני סמכים. החישוב מתבצע במודל פשוט של דרגת חופש אחת (מערכת מסה וקפיץ).

כאשר הדלת בנויה מפח פלדה המחולק על ידי קורות אופקיות, מחשבים את הפח בכוון הורטיקלי של הדלת ולאחר מכן מחשבים את הקורה האופקית כאשר משתפים חלק מהפח כמשמש חלק מאגף הקורה, שאר הפח מצטרף כמסה בלבד בכוון זה.

כאשר העומס הוא משולשי (בדרך כלל ניתן לעשות קירוב של גרף פיצוץ קרקעי חיצוני לעומס משולשי) ניתן לפתור את תגובת הדלת בעזרת דיאגרמות הקיימות בספרות המקצועית. ואולם כאשר העומס אינו רגולרי (כמו בפיצוץ פנימי) נדרש להפעיל תוכנות מורכבות יותר.

יש לציין כי חישובים אלה, שבדרך כלל מחייבים ידע בדינמיקת מבנים, יבוצעו על ידי יועץ מיגון אבל גם כך החישובים יהיו מקורבים ולא יתנו פתרונות לכל מיני שאלות כמו למשל: אופן חלוקת הכוחות בין הקורות לפחים, התנהגות הבריחים בזמן פעולת הריבאונד, מהם הכוחות שיפעלו על הריתוכים שמחברים בין הפחים והקורות וכדומה.

על מנת לענות על שאלות אלה ורבות נוספות, מוצע להפעיל תוכנות של אלמנטים סופיים עם אפשרות לעומסים דינמיים וחישובים לא ליניארים.
 
דוגמא
יש לתכנן דלת הדף במידות 80/200 ס"מ מלוח פח, שתעמוד אל מול פיצוץ חיצוני של 100 ק"ג חמר נפץ במרחק של 10 מטרים. קריטריון המיגון הוא רמה נמוכה מאד ומרשים לדלת לקבל דפורמציות כך שזוית המקסימלית הנוצרת בסמכים לא תעלה על 6 מעלות. נבחן לוח מפלדה רגילה A36 בעובי 18 מ"מ. נחשב בעזרת תוכנת SBEDS אשר פותחה עבור חיל הנדסה האמריקאי ומבצעת חישובים בדרגת חופש אחת.

בתרשים הבא נוכל לראות את מסך הנתונים :
 

להלן התוצאות המתקבלות:
 

תגובת הדלת תהיה שקיעה מקסימלית של כ 30 מ"מ במרכזה והזווית המקסימלית שתתקבל בסמך היא 4.30 מעלות, זווית פחותה מהזווית המקסימלית המותרת. כדי לבחון את פעולת הריבאונד נתבונן בתרשים הריאקציות הדינמיות.
 

הריאקציה המקסימלית בכוון הריבאונד תהיה כ 100 KPA. לחץ זה יש להכפיל במחצית שטח הדלת ואז נקבל את סכ"ה הכח שיועבר לבריחים או הצירים. במקרה זה נקבל כ 8 טון לכל צד של הדלת. חשוב להבין כי הכוח המופעל על הבריחים הוא רגעי ולכן נוכל לנצל מאמצי גזירה או כפיפה גבוהים המתקרבים לתסבולת הפלדה.

אילו נדרשנו לרמת מיגון גבוהה יותר, כך שזווית הסיבוב בסמכים לא תעלה על 2 מעלות, היינו מקבלים עובי פח של 24 מ"מ והריאקציה בכוון הריבאונד היתה גדלה ב כ 65%.
 
דוגמא נוספת
נדרש לבחון עמידות דלת הדף במידות 120/200 ס"מ הבנויה מקורה היקפית של UNP 200 וכן שתי קורות רוחב מחלקות אופקיות מאותו הפרופיל. הקורות מצופות משני הצדדים בפח 16 מ"מ . סוג הפלדה ST52 . הדלת סוגרת חדר להשמדת חפצים חשודים ואמורה לעמוד בפני פיצוץ פנימי של 10 ק"ג ט.נ.ט במרכז החדר. הדלת אמורה לעמוד בפני פיצוצים חוזרים ונשנים ולכן עליה להשאר במצב אלסטי.

בתרשים הבא נראה את הלחצים הדינמיים שיפעלו על הדלת (החישוב בוצע בעזרת תוכנת BLASTX אשר גם היא פותחה עבור חיל הנדסה האמריקאי).
 

נוכל לראות כי בתחילה תספוג הדלת סדרת לחצים גבוהים כתוצאה מגל ההלם ולאחריו מההחזרות מהקירות התקרה והרצפה. לאחר מכן לחץ קואזיסטטי של הגז שנוצר בחלל החדר בשיעור של כ 57 PSI. חישוב הדלת מבוצע בעזרת תוכנה של אלמנטים סופיים.

התוכנה מאפשרת הפעלת עומסים דינמיים ומבצעת גם חישובים לא ליניארים. בתרשים הבא נראה את מבנה הדלת המיוצגת ב3 שכבות, ברגע מסוים במהלך התגובה, כאשר השכבה הפנימית והחיצונית הם הפחים המיוצגים על ידי רשת שתי וערב של רצועות פח ברוחב 10 ס"מ ובעובי 16 מ"מ. השכבה הפנימית כוללת את הקורות האופקיות וההקפיות והמוטות המחברים את השכבות מייצגים את הריתוכים.
 

בתרשים הבא נראה את הסטורית הדפורמציות של מרכז הקורה האופקית.
 

נוכל לראות כי תנודת הנקודה תהיה עד 5.5 מ"מ בכוון אחד ו 1.4 מ"מ בכוון ההפוך. בתרשים הבא נוכל לראות את כח הגזירה המינימלי והמכסימלי של קצה קורה זאת.
 

כח הגזירה המקסימלי יהיה 41.8 טון בכוון אחד ו 17.7 טון בכוון הריבאונד. חישוב מאמצי הגזירה יראה כי תסבולת הקורה לגזירה אינו מספק ויש להוסיף ולעבות את דופן הקורה באזור זה.
החישובים מאפשרים לחשב את הכוחות שיפעלו על תפרי הריתוך כך שניתן לתכנן את אורך התפרים בהתאם לכוחות המחושבים.

ניתן גם לבצע חישוב לא ליניארי ולקבל מידע נוסף. כמו למשל הצבת אלמנטי מרווח (GAP ELEMENT) בנקודות השענת הדלת על שפת הפתח כך שבפעולת הריבאונד הריאקציות לא יתקבלו על ידי סמכים אלה, אלא ימסרו ישירות לצירים ולבריחים.
 
סיכום
לדלתות הדף יש שימוש נרחב בתעשיה במיוחד הביטחונית, בצבא, בלוחמה בטרור ועוד. דלתות אלה הינן אלמנט מבני ייחודי המחייב הבנה מעמיקה במיגון תוך מתן תשומת לב מירבית לפרטים.