CN108487490B - 抗***冲击的复合防护结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗***冲击的复合防护结构，该结构主要由蜂窝式抗拉层和点阵桁架式抗压层通过焊点和连接键形成的点桁蜂窝式整体式防护结构，并在外层附加泡沫吸能层。该结构对***作用下混凝土防护结构的传力路径进行创新性优化，既能大幅度提高防护结构的抗力等级，提高结构延性；又能约束结构中混凝土碎块的分散，消除类似传统混凝土防护结构的***震塌现象。

Description

抗***冲击的复合防护结构
技术领域
本发明属于防护工程领域，具体是一种抗***冲击的复合防护结构。
背景技术
***冲击波是一种强压缩波，在***瞬间，***物质在有限的空间和极短的时间内释放出大量能量，产生的大量高温高压产物迅速挤压周围介质，使介质的压强、密度、温度等物理量迅速突跃上升从而形成冲击波。***冲击波会对结构和人员有很大的伤害，防护结构的作用就是保护建筑和人员的安全，有效降低冲击波峰值超压。
现阶段大多数军事建筑无法采用地下防护工程结构，更多的关键建筑物多暴露在地面。然而随着高精度武器的更新换代，地面防护工程随时都面临被多次直接命中的威胁，传统防护结构所暴露出来的缺陷愈发明显。如何提高该类型建筑物的防护能力就显得尤为重要，目前常见的防护结构层存在的缺陷主要有以下四类：
1、防护层自身无法承重，只能依附于基体层存在。例如采用吸能材料的多层夹芯板结构，质量较轻，抗爆效果良好，但单独的夹芯板难以满足承重要求，同时对静荷载的承载能力较差。
2、防护结构难以承受多次***冲击。例如纤维布加固钢筋混凝土板，此类型结构在***荷载作用下，易加剧混凝土保护层的破坏，造成纤维布的脱落而丧失对多次***冲击的防护。
3、防护层受***冲击易崩裂而发生二次伤害。为了提高混凝土结构的抗冲击能力，设计人员往往采取加大厚度和提高混凝土强度的方法，防护结构过厚使得现有的大多防护结构容易在遭受***冲击时发生整体开裂以及块体脱落，这些剥落的碎块高速飞行，对防护结构内的人员和设施会带来较大的威胁。
4、防护结构自重大且难以快速修复。例如钢纤维钢筋混凝土板结构的抗爆能力较强，但其应用于建筑防护结构往往具有较大的厚度和自重，从而严重限制了其应用范围。
发明内容
本发明目的是为了解决建筑领域现有防护结构层存在的无法承重、难以承受多次***冲击、受冲击易崩裂发生二次伤害以及防护结构难以快速修复等问题，提出的一种以纤维混凝土为主要承力材质的点桁蜂窝式复合抗爆层结构。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种抗***冲击的复合防护结构，包括吸能层、桁架式抗压层和蜂窝式抗拉层。
所述蜂窝式抗拉层包括蜂窝结构，所述蜂窝结构中填充混凝土，形成结构底部模板。
所述桁架式抗压层包括桁架结构；所述桁架结构焊接在蜂窝结构上构成整体式模板结构；在蜂窝结构上方浇筑混凝土至桁架结构的顶杆上方15cm高度，形成该结构面层。
所述桁架式抗压层的结构面层铺设吸能层。
所述吸能层主要作用是吸能缓冲。依靠材料自身的大变形来吸收冲击、***后产生的能量，阻断具有极强破坏作用的冲击波。吸能层的材料可用聚氨酯泡沫、泡沫铝、泡沫混凝土等泡沫材料。厚度可以根据需求定义。
桁架式抗压层主要作用是抗压承力，主要承受冲击、***产生的压力波。点阵桁架采用钢筋制作而成，钢筋直径可根据压力波的大小进行选择。点桁结构细部图如图2所示，且点桁结构可随需要调整大小或厚度。所述桁架结构外填充纤维混凝土，该纤维混凝土材料中的纤维采用钢纤维、不锈钢纤维、碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、芳纶纤维中的一种或几种。
蜂窝式抗拉层内部填充混凝土，主要作用是抗拉承力和防止结构背部混凝土崩裂造成的二次伤害。所述蜂窝结构中填充细石骨料纤维混凝土，该细石骨料纤维混凝土的细石骨料为天然碎石，粒径范围为8~25mm；纤维采用钢纤维、不锈钢纤维、碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、芳纶纤维中的一种或几种。
所述蜂窝结构的蜂窝孔截面形状为正多边形或者不规则多边形，蜂窝孔孔壁厚度为蜂窝单胞边长的1/100至1/10。
蜂窝结构的单个胞元结构的外接圆半径r，整体蜂窝结构的厚度L，可根据冲击力度的大小进行自定义。如图1所示，蜂窝结构为两个蜂窝孔和一个蜂窝孔相间排列构成，蜂窝结构的厚度为两个蜂窝孔的高度，蜂窝结构和桁架结构的高度比为1:2~1:5。
所述蜂窝结构上表面的每个蜂窝槽中均设置有多个抗剪键，抗剪键的间距为蜂窝单胞边长的2倍至5倍。设置抗剪键用于保证桁架式抗压层和蜂窝式抗拉层之间的双向协同变形。
所述蜂窝结构和桁架结构的材料为低碳钢或高延性合金钢。
该点桁蜂窝式复合防护结构可以应用于重要建筑物的墙体结构，例如军事相关建筑物的防护，例如军事指挥中心；应用于核电设施、人防工程，使之免遭恐怖袭击中炸弹的破坏。应用于需要防爆的工业建筑，如化工、石油、药品类的在生产、存放过程中有***危险性的厂房，一旦发生***能把人、物损伤降到最低。
本发明设计合理，该抗***冲击的复合防护结构主要由蜂窝式抗拉层和点阵桁架式抗压层通过焊点并填充混凝土形成点桁蜂窝式整体式防护结构，并在面层附加泡沫吸能层。该结构对***作用下混凝土防护结构的传力路径进行创新性优化，既能大幅度提高防护结构的抗力等级，提高结构延性；又能约束结构中混凝土碎块的分散，消除类似传统混凝土防护结构的***震塌现象。
附图说明
图1表示本发明复合防护结构的截面示意图。
图2表示本发明复合防护结构中桁架式抗压层和蜂窝式抗拉层的立体结构示意图。
图中：1-蜂窝式抗拉层，2-桁架式抗压层，3-吸能层。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施例进行详细说明。
根据复合防护结构能够抵御***冲击能量级别的设计要求，并基于***冲击的理论计算和实验测试确定该防护结构的材料、层数以及各层厚度比等参数，并对结构进行优化设计。
实施例1
一种新型点桁蜂窝式混凝土复合防护结构，包括吸能层3、桁架式抗压层2和蜂窝式抗拉层1。
蜂窝式抗拉层1包括蜂窝结构，蜂窝结构中填充混凝土，形成结构底部模板。
桁架式抗压层2包括桁架结构；桁架结构焊接在蜂窝结构上构成整体式模板结构；在蜂窝结构上方浇筑混凝土至桁架结构的顶杆上方15cm高度。
桁架式抗压层2的结构面层铺设吸能层3。
具体实施时，吸能层为泡沫铝材料，厚度为20mm。
桁架式抗压层为点阵桁架结构，桁架高度为120mm，钢筋直径为C10，内部填充强度等级为C40的玻璃纤维混凝土。
蜂窝式抗拉层为六面体蜂窝结构，厚度（两个胞元高度）为100mm，内部填充强度等级为C30的细石骨料玻璃纤维混凝土。
实施例2
一种新型点桁蜂窝式混凝土复合防护结构，包括吸能层3、桁架式抗压层2和蜂窝式抗拉层1。
蜂窝式抗拉层1包括蜂窝结构，蜂窝结构中填充混凝土，形成结构底部模板。
桁架式抗压层2包括桁架结构；桁架结构焊接在蜂窝结构上构成整体式模板结构；在蜂窝结构上方浇筑混凝土至桁架结构的顶杆上方15cm高度。
桁架式抗压层2的结构面层铺设吸能层3。
具体实施时，吸能层为泡沫混凝土材料，厚度为10mm。
桁架式抗压层为点阵桁架结构，桁架高度为150mm，钢筋直径为C22，内部填充强度等级为C60的玄武岩纤维混凝土。
蜂窝式抗拉层为六面体蜂窝结构，厚度（两个胞元高度）为120mm，内部填充强度等级为C60的细石骨料钢纤维混凝土。
实施例3
一种新型点桁蜂窝式混凝土复合防护结构，包括吸能层3、桁架式抗压层2和蜂窝式抗拉层1。
蜂窝式抗拉层1包括蜂窝结构，蜂窝结构中填充混凝土，形成结构底部模板。
桁架式抗压层2包括桁架结构；桁架结构焊接在蜂窝结构上构成整体式模板结构；在蜂窝结构上方浇筑混凝土至桁架结构的顶杆上方15cm高度。
桁架式抗压层2的结构面层铺设吸能层3。
具体实施时，吸能层为泡沫混凝土材料，厚度为50mm。
桁架式抗压层为点桁结构，点桁高度为340mm，钢筋直径为C25，内部填充强度等级为C60的钢纤维混凝土；
蜂窝式抗拉层为双层六面体蜂窝结构，各层厚度为240mm，双层抗拉蜂窝结构垂直交叉布置，内部填充强度等级为C60的细石骨料碳纤维混凝土。
实施例中复合防护结构的制作过程如下：
1、根据实际尺寸需求，截取等尺寸的金属波纹板（高强钢或金属合金等）焊接或压制成型制作蜂窝结构；
2、使用钢筋制作点桁支架，将点桁支架有序的焊接到蜂窝结构上；
3、点桁顶部使用钢筋连接；
4、混凝土灌入蜂窝结构管中并捣实；
5、点桁支架结构层浇筑混凝土形成抗压层；
6、完成养护3-5天；
7、抗压层上部浇筑一定厚度的泡沫混凝土或粘贴泡沫铝板作为缓冲吸能层。
测试：在实际应用前，除了通过理论计算对点桁蜂窝式混凝土防护结构进行优化设计外，还应按照实际比例构造该防护结构，在各层材料的分界面处粘贴PVDF压电传感器，应用高速动态测试仪对结构进行冲击破坏性实验，测试该结构各项抗爆性能指标。通过对该结构的动态冲击仿真发现，点桁蜂窝式混凝土复合防护结构中对***产生的应力波有较强的衰减效应，具有很好的缓冲吸能效果，提高建筑的结构的安全性能，可满足民用及国防军事需求。
应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和应用，这些改进和应用也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种抗***冲击的复合防护结构，其特征在于：包括吸能层（3）、桁架式抗压层（2）和蜂窝式抗拉层（1）；
所述蜂窝式抗拉层（1）包括蜂窝结构，所述蜂窝结构中填充混凝土，形成结构底部模板；
所述桁架式抗压层（2）包括桁架结构；所述桁架结构焊接在蜂窝结构上构成整体式模板结构；在蜂窝结构上方浇筑混凝土至桁架结构的顶杆上方15cm高度；
所述桁架式抗压层（2）的结构面层铺设吸能层（3），所述吸能层（3）采用聚氨酯泡沫、泡沫铝或者泡沫混凝土。
2.根据权利要求1所述的抗***冲击的复合防护结构，其特征在于：所述蜂窝结构中填充细石骨料纤维混凝土。
3.根据权利要求1所述的抗***冲击的复合防护结构，其特征在于：所述桁架结构外填充纤维混凝土。
4.根据权利要求3所述的抗***冲击的复合防护结构，其特征在于：桁架式抗压层（2）中的纤维混凝土材料中的纤维采用钢纤维、不锈钢纤维、碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、芳纶纤维中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的抗***冲击的复合防护结构，其特征在于：蜂窝式抗拉层（1）中的细石骨料纤维混凝土的细石骨料为天然碎石，粒径范围为8~25mm；纤维采用钢纤维、不锈钢纤维、碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、芳纶纤维中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的抗***冲击的复合防护结构，其特征在于：所述蜂窝结构上表面的每个蜂窝槽中均设置有多个抗剪键，抗剪键的间距为蜂窝单胞边长的2倍至5倍。
7.根据权利要求1所述的抗***冲击的复合防护结构，其特征在于：所述蜂窝结构的蜂窝孔截面形状为正多边形或者不规则多边形，蜂窝孔孔壁厚度为蜂窝单胞边长的1/100至1/10。
8.根据权利要求1所述的抗***冲击的复合防护结构，其特征在于：所述蜂窝结构和桁架结构的材料为低碳钢或高延性合金钢。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109252442A (zh) * 2018-11-14 2019-01-22 青海大学 一种吸能蜂窝铝玄武岩纤维混凝土挡块
CN109555160A (zh) * 2019-01-10 2019-04-02 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 一种分层式综合管廊防爆层及制作方法
CN111441381B (zh) * 2020-03-31 2021-11-23 西南交通大学 一种防打击结构及其确定方法
CN111535838A (zh) * 2020-05-28 2020-08-14 湘潭大学 一种抗多次重复打击的新型复合uhpc遮弹层
CN112504015B (zh) * 2020-12-15 2022-08-23 盐城市鼎力新材料有限公司 一种轻骨料纤维混凝土抗剪装置
CN112874103B (zh) * 2021-02-03 2022-11-15 北京理工大学 一种面向***载荷的固液气三相吸能方法及防护结构
CN113773027B (zh) * 2021-11-11 2022-06-07 太原理工大学 基于局域共振的超材料混凝土防爆结构
CN114412262A (zh) * 2022-02-14 2022-04-29 中国人民解放军军事科学院国防工程研究院 一种超高强碎弹防护层
CN114536888B (zh) * 2022-03-11 2023-06-30 太原理工大学 一种抗侵彻并具弹道偏转的复合防护结构及其制备方法
CN117288606B (zh) * 2023-11-27 2024-01-23 太原理工大学 一种大冲击载荷加载装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE910993C (de) * 1938-06-16 1954-05-10 Conrad Werner Thoerig Mehrschichtige beschussfeste Panzerung und Verfahren zu ihrer Herstellung
CN2618965Y (zh) * 2003-05-24 2004-06-02 中国人民解放军后勤工程学院 高抗冲击混凝土－纤维复合材料防护结构
WO2012054176A1 (en) * 2010-10-20 2012-04-26 Bradford Company Method of making multi-layered product having spaced honeycomb core sections
CN103314168A (zh) * 2011-01-07 2013-09-18 阿海珐有限公司 用于建筑物壁或者容器壁的保护***
CN103774769A (zh) * 2014-01-22 2014-05-07 中南大学 一种具有抵抗高速冲击作用的混凝土防护结构
CN104441802A (zh) * 2014-11-28 2015-03-25 中国科学院力学研究所 夹芯吸能装置
CN204570986U (zh) * 2015-04-14 2015-08-19 吉首大学 一种复合多层仿生抗冲击防护结构
CN204590298U (zh) * 2015-04-14 2015-08-26 吉首大学 一种复合多层自密实混凝土防爆抗冲击防护结构
CN204826283U (zh) * 2015-07-20 2015-12-02 中国航天建设集团有限公司 一种蜂窝式空间钢筋布置方式混凝土抗爆墙板

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE910993C (de) * 1938-06-16 1954-05-10 Conrad Werner Thoerig Mehrschichtige beschussfeste Panzerung und Verfahren zu ihrer Herstellung
CN2618965Y (zh) * 2003-05-24 2004-06-02 中国人民解放军后勤工程学院 高抗冲击混凝土－纤维复合材料防护结构
WO2012054176A1 (en) * 2010-10-20 2012-04-26 Bradford Company Method of making multi-layered product having spaced honeycomb core sections
CN103314168A (zh) * 2011-01-07 2013-09-18 阿海珐有限公司 用于建筑物壁或者容器壁的保护***
CN103774769A (zh) * 2014-01-22 2014-05-07 中南大学 一种具有抵抗高速冲击作用的混凝土防护结构
CN104441802A (zh) * 2014-11-28 2015-03-25 中国科学院力学研究所 夹芯吸能装置
CN204570986U (zh) * 2015-04-14 2015-08-19 吉首大学 一种复合多层仿生抗冲击防护结构
CN204590298U (zh) * 2015-04-14 2015-08-26 吉首大学 一种复合多层自密实混凝土防爆抗冲击防护结构
CN204826283U (zh) * 2015-07-20 2015-12-02 中国航天建设集团有限公司 一种蜂窝式空间钢筋布置方式混凝土抗爆墙板

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