CN108222629A - 抗爆抗冲击防护墙及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗爆抗冲击防护墙及其制备方法，防护墙包括至少一组外墙和内墙。所述外墙包括钢纤维混凝土层以及包设于所述钢纤维混凝土层上下边和背面的若干钢板，所述内墙包括与所述外墙相对的复合夹层、能够支撑所述复合夹层的支撑机构，所述复合夹层从外至内依次包括防火涂层、能够隔断冲击波的隔断层。制备方法包括步骤：(1)将支撑机构与结构物固结；(2)从支撑机构外侧依次施工复合夹层；(3)将钢纤维混凝土通过钢板定位后与地面锚固，完成制备。本发明的防护墙抗爆抗冲击效果好；大爆炸荷载下可实现空气泄压；能够进一步削弱爆炸冲击波；本发明防护墙的制备方法简单、易操作，施工周期短，防护效果优越。

Description

抗爆抗冲击防护墙及其制备方法
技术领域
本发明涉及土木工程建筑领域，尤其涉及一种抗爆抗冲击防护墙及其制备方法。
背景技术
近年来，世界各地恐怖事件频发，房屋建筑结构以及重要公共设施均成为恐怖分子的首要破坏目标，其主要手段是利用炸药爆炸造成毁伤，造成了大量的结构破坏和人员伤亡。此外，偶然爆炸事件，例如油罐车、烟花爆竹货车在运输途中的爆炸、工厂粉尘爆炸、加油站爆炸均造成了大量结构物坍塌和人员伤亡，其社会影响恶劣，已受到了广泛的重视。另外，车辆冲撞对房屋结构的安全和房屋内的人员也构成了很大的威胁。更为重要的是，随着国际形势的逐步紧张，结构物如电站以及重要机关大楼均可能在战争期间成为攻击目标，其破坏带来的损失是不可估量的。
一般建筑结构物的墙体只起到围护作用，因此在爆炸和冲击荷载下也是最薄弱的地方。在爆炸荷载下，无抗爆抗冲击设计的墙体极易破坏，造成内部人员和重要设备的损失。因此，目前普通建筑物和重要建筑物墙体的抗爆抗冲击性能得到了广泛关注。
在需要进行抗爆抗冲击防护的结构外层包钢是最典型的做法，但此做法通常因为没有考虑冲击波的反射叠加特性和爆炸飞屑带来的二次伤害，抗爆防护效果一般。加厚混凝土层，增加整体刚度也是一种较为普遍的做法，然而此做法常因施工质量不佳，在接触爆炸，近场爆炸以及较大冲击荷载情况下，防护效果不佳，且施工成本较大，施工周期长。另外，市场上出现了大量的泡沫材料夹层板，其功能是吸收爆炸冲击波的能量，防止冲击波反射和叠加，然而其单一布置并不能起到良好的效果，由于爆炸高温，通常会使泡沫层遭到破坏。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种抗爆抗冲击防护墙及其制备方法，该防护墙解决了现有墙体没有抗爆抗冲击功能或抗爆抗冲击功能弱的问题，同时解决了现有的防爆墙易造成二次伤害的问题；该制备方法简单、易操作，施工周期短。
技术方案：本发明的抗爆抗冲击防护墙，包括至少一组外墙和内墙。
所述外墙包括钢纤维混凝土层以及包设于所述钢纤维混凝土层上、下边和背面(内侧面)的若干钢板。其中，钢纤维混凝土层为超高性能钢纤维混凝土层，所述钢板由两块横向和一块竖向钢板焊接而成，上端用第一角钢与结构物连接、下端与地面通过第一螺杆锚固。超高性能钢纤维混凝土由于钢纤维的存在，具有高延性、高韧性和高断裂能的优势，可被用作抗爆防护层。
所述内墙包括与所述外墙相对的复合夹层、能够支撑所述复合夹层的支撑机构，所述复合夹层从外至内依次包括防火涂层和能够隔断冲击波的隔断层。支撑机构的两侧与结构物承重结构紧贴，隔断层能够隔断爆炸冲击波转播，吸收冲击波应力波的能量，由于隔断层已然的特性，因此还需要进行严密的夹层防火设计，防止隔断层引起火灾。
本发明的抗爆抗冲击防护墙在外墙具有较大整体刚性的基础上，可首先抵抗物理冲击和直接爆炸冲击，利用钢材的高延性和超高耐冲击能力，削弱一部分爆炸冲击波能量；然后利用防火涂层和能够隔断冲击波的隔断层作为内墙的复合夹层，可在较大爆炸荷载下进一步削弱爆炸冲击波，同时防止高温而引起火灾。
其中，所述复合夹层还包括设于其内侧并能够阻止爆炸飞屑的防护板层，防护板由铝材质制成，所述防护板层表面与隔断层的内侧连接、两侧与支撑机构固结，防止爆炸飞屑飞出造成伤害，保障室内人员和设备的安全；同时，铝材质属于轻金属材质，在达到防护目的同时减轻自身重量。
为了实现对复合夹层的支撑并达到稳固效果好的目的，所述支撑机构包括若干龙骨柱以及连接于若干所述龙骨柱两端的龙骨梁，所述龙骨柱和龙骨梁均为U型轻钢。若干所述U型轻钢龙骨柱竖向排布，U型轻钢龙骨梁与若干所述U型轻钢龙骨柱的上下两端均通过第二角钢和铆钉连接，所述U型轻钢龙骨梁通过第二螺杆和垫块与结构物连接。
为了进一步实现抗爆抗冲击，所述外墙和内墙之间设有间距，且间距为15-30cm，在大爆炸荷载下实现空气泄压。
为了进一步保证防护墙的刚性，所述钢纤维混凝土层厚度大于20cm，且所述钢板厚度大于8mm。
其中，所述钢纤维混凝土层中钢纤维的至少一端设有倒钩，且所述钢纤维长度为8-12cm，优选10cm，带倒钩的钢纤维能够提高混凝土的抗断裂、抗拉性能。
为了减轻内墙重量，节省成本，所述龙骨柱均匀开设有若干孔洞，且所述孔洞中心与U型轻钢龙骨柱边缘的距离大于70cm，相邻两所述龙骨柱之间的距离为40-60cm。龙骨柱开孔可节省材料，同时提高柱子及内墙的变形能力和延性，提升耗能能力。
其中，所述隔断层包括聚乙烯-聚氨酯泡沫层和泡沫铝层中的一种或两种，优选两种；聚乙烯-聚氨酯泡沫层和泡沫铝层对爆炸冲击波能量有着卓越的吸收能力，能较大程度地减小峰值应力，在爆炸冲击波的反射叠加的情况下也表现出良好的吸收能量的能力。
上述的聚乙烯-聚氨酯泡沫层、泡沫铝层和防护板层均用结构胶粘接。
上述的抗爆抗冲击防护墙的制备方法，包括以下步骤：
(1)支撑机构与结构物固结：将龙骨梁与结构物形成固结，然后将龙骨柱放入相应位置，并与龙骨梁固定连接；
(2)复合夹层的施工：从支撑机构外侧依次施工复合夹层，复合夹层从内至外依次包括防护板层、隔断层以及防火涂层；
(3)将钢纤维混凝土浇筑于钢板内，通过钢板定位后与结构物锚固，完成了所述抗爆抗冲击防护墙的制备。
其中，抗爆抗冲击防护墙的具体制备方法如下：
(1)根据实际结构尺寸确定钢板混凝土墙体和U型轻钢龙骨墙的尺寸；
(2)进行钢板切割、打孔和焊接，制备U型轻钢龙骨柱、梁、聚乙烯-聚氨酯泡沫层、泡沫铝层和铝板；
(3)在结构物中预埋或焊接相应连接位置的螺杆；
(4)制备超高性能钢纤维混凝土，在预制厂浇筑钢板混凝土墙，养护15天后运至施工现场；
(5)同时将U型轻钢龙骨柱、梁、聚乙烯-聚氨酯泡沫层、泡沫铝层和铝板运至施工现场；
(6)先将U型轻钢龙骨梁用垫块和预埋的螺杆与结构物型成固结，再将U型轻钢龙骨柱放入相应位置，用角钢和铆钉将U型轻钢龙骨梁和柱连接；
(7)依次施工铝板、泡沫铝层、聚乙烯-聚氨酯泡沫层和防火涂层；
(8)将钢板混凝土墙定位后，用螺杆与结构物锚固。
本发明采用装配式构件进行固结，装配式构件由于施工质量可控，施工周期短，全寿命周期成本低等特点在国内外被广泛推广，已经在房屋建筑行业成为主流的建造模式。为适应装配化的进程，抗爆抗冲击防护产品也应遵循行业发展，结合装配化的优势发展。装配式的抗爆抗冲击防护墙体不仅适用于新建结构，对于已建成的结构物也具有良好的兼容性。
有益效果：1、本发明的防护墙抗爆抗冲击效果好；2、避免爆炸飞屑造成二次伤害的问题；3、大爆炸荷载下可实现空气泄压；4、能够进一步削弱爆炸冲击波；5、本发明防护墙的制备方法简单、易操作，施工周期短；6、可现场装配，质量可控。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧视结构示意图；
图3为本发明中外墙的结构示意图；
图4为本发明中外墙的钢纤维侧视结构示意图；
图5为本发明中内墙的连接结构示意图；
图6为本发明的轻钢龙骨柱截面图；
图7为本发明中的实例状态结构示意图；
图8为本发明中的另一角度的实例状态结构示意图。
具体实施方式
参见图1至图8，本发明一实施例所述的抗爆抗冲击防护墙，包括至少一组外墙1和内墙2。
外墙1包括钢纤维混凝土层11以及包设于钢纤维混凝土层11上、下边和背面(内侧面)的若干钢板12。其中，钢纤维混凝土层11为超高性能钢纤维混凝土层，钢板12由两块横向和一块竖向焊接而成，上端用第一角钢4与结构物3连接、下端与地面通过第一螺杆5锚固。
钢纤维混凝土层11厚度大于20cm，且钢板12厚度大于8mm，且钢纤维混凝土层11中钢纤维13的两端设有倒钩，且钢纤维13长度为10cm。
其中，外墙1和内墙2之间间距为15-30cm，内墙2包括与外墙1相对的复合夹层21、能够支撑所述复合夹层21的支撑机构22。
复合夹层21从外至内依次包括防火涂层211、能够隔断冲击波的隔断层212、防护板层213。其中，隔断层212包括聚乙烯-聚氨酯泡沫层2121和泡沫铝层2122；防护板层213由铝材质制成并与隔断层212的内侧连接、两侧与支撑机构22固结，聚乙烯-聚氨酯泡沫层2121、泡沫铝层2122和防护板层213均用结构胶粘接。
支撑机构22包括若干龙骨柱221以及连接于若干龙骨柱221两端的龙骨梁222，龙骨柱221和龙骨梁222均为U型轻钢。若干U型轻钢龙骨柱221竖向排布，U型轻钢龙骨梁222与若干U型轻钢龙骨柱221的上下两端均通过第二角钢6和铆钉7连接，两侧与结构物3承重结构紧贴，U型轻钢龙骨梁222通过第二螺杆8和垫块9与结构物3连接。且龙骨柱221均匀开设有若干孔洞223，且孔洞223中心与U型轻钢龙骨柱221边缘的距离大于70cm，相邻两龙骨柱221之间的距离为40-60cm。
上述的抗爆抗冲击防护墙的制备方法，包括以下步骤：
(1)根据实际结构尺寸确定钢板混凝土墙体(外墙1)和U型轻钢龙骨墙体(内墙2)的尺寸；
(2)进行钢板12切割、打孔和焊接，制备U型轻钢龙骨柱221、龙骨梁222、聚乙烯-聚氨酯泡沫层2121、泡沫铝层2122和防护板层213铝板；
(3)在结构物3中预埋或焊接相应连接位置的第二螺杆8；
(4)制备超高性能钢纤维混凝土，在预制厂浇筑钢板混凝土墙，养护15天后运至施工现场；
(5)同时将U型轻钢龙骨柱221、龙骨梁222、聚乙烯-聚氨酯泡沫层2121、泡沫铝层2122和铝板运至施工现场；
(6)先将U型轻钢龙骨梁222用垫块9和预埋的第二螺杆8与结构物3形成固结，再将U型轻钢龙骨柱221放入相应位置，用第二角钢6和铆钉7将U型轻钢龙骨梁222和龙骨柱221连接；
(7)依次施工铝板、泡沫铝层2122、聚乙烯-聚氨酯泡沫层2121和防火涂层211；
(8)将钢板混凝土墙定位后，上端用第一角钢4与结构物3连接、下端与地面通过第一螺杆5锚固。
本发明的实施步骤如下：
以加油站的单层框架结构房屋为例，因使用需求，需做抗爆抗冲击防护，根据房屋结构尺寸，确定好钢板混凝土墙(外墙1)和U型轻钢龙骨墙(内墙2)的尺寸，两墙间的间距选为20cm，外墙1尺寸在宽度上稍大于内墙2和两框架柱柱外边距，内墙2的宽度与两框架柱柱内边距一致。U型轻钢龙骨柱221开三个孔洞223，孔洞223中心距离边缘为75cm，龙骨柱221间距为50cm。超高性能钢纤维混凝土层厚度为20cm，钢板12厚度选为1cm。
确定好尺寸后，在工厂进行钢板12切割、打孔和焊接，制备U型轻钢龙骨柱221、U型轻钢龙骨梁222、聚乙烯-聚氨酯泡沫层2121、泡沫铝层2122和铝板，与此同时在结构物3中预埋相应连接位置的第一、二螺杆5、8。在工厂制备超高性能钢纤维混凝土，其中掺入的钢纤维13为长10cm，带倒钩，浇筑钢板混凝土墙，养护15天后运至施工现场。同时将U型轻钢龙骨柱221、U型轻钢龙骨梁222、聚乙烯-聚氨酯泡沫层2121、泡沫铝层2122和铝板运至施工现场。
先施工U型轻钢龙骨墙，先将U型轻钢龙骨梁222用垫块9和预埋的第二螺杆8与结构物3形成固结，再将U型轻钢龙骨柱221放入相应位置，U型轻钢龙骨柱221在最两边应与结构物3承重结构紧贴，最后用第二角钢6和铆钉7将U型轻钢龙骨梁222和U型轻钢龙骨柱221连接，待施工完支撑机构22后，由内向外依次施工防护板层213(铝板)、泡沫铝层2122、聚乙烯-聚氨酯泡沫层2121和防火涂层211，聚乙烯-聚氨酯泡沫层2121、泡沫铝层2122和铝板间用结构胶粘接，铝板两侧与U型轻钢龙骨柱221固结。
待U型轻钢龙骨墙施工完毕后，将钢板混凝土墙吊装至相应位置，上端用第一角钢4与结构物3连接、下端与地面通过第一螺杆5锚固。
依次进行其余防护墙的安装，直至完成。

Claims (10)

1.一种抗爆抗冲击防护墙，其特征在于：包括至少一组外墙(1)和内墙(2)，
所述外墙(1)包括钢纤维混凝土层(11)以及包设于所述钢纤维混凝土层(11)外的若干钢板(12)；
所述内墙(2)包括与所述外墙(1)相对的复合夹层(21)、能够支撑所述复合夹层的支撑机构(22)，且所述复合夹层(21)从外至内依次包括防火涂层(211)和能够隔断冲击波的隔断层(212)。
2.根据权利要求1所述的抗爆抗冲击防护墙，其特征在于：所述复合夹层(21)还包括设于其内侧并能够阻止爆炸飞屑的防护板层(213)。
3.根据权利要求1或2所述的抗爆抗冲击防护墙，其特征在于：所述支撑机构(22)包括若干龙骨柱(221)以及连接于若干所述龙骨柱(221)两端的龙骨梁(222)。
4.根据权利要求2所述的抗爆抗冲击防护墙，其特征在于：所述防护板层(213)由铝材质制成。
5.根据权利要求1所述的抗爆抗冲击防护墙，其特征在于：所述外墙(1)和内墙(2)之间设有间距。
6.根据权利要求1所述的抗爆抗冲击防护墙，其特征在于：所述钢纤维混凝土层(11)厚度大于20cm。
7.根据权利要求1所述的抗爆抗冲击防护墙，其特征在于：所述钢纤维混凝土层(11)中的钢纤维(13)至少一端设有倒钩。
8.根据权利要求1所述的抗爆抗冲击防护墙，其特征在于：所述龙骨柱(221)均匀开设有若干孔洞(223)，且所述孔洞(223)中心与龙骨柱(221)边缘的距离大于70cm。
9.根据权利要求1所述的抗爆抗冲击防护墙，其特征在于：所述隔断层(212)包括聚乙烯-聚氨酯泡沫层(2121)和泡沫铝层(2122)中的一种或两种。
10.根据1-9任一权利要求所述的抗爆抗冲击防护墙的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将支撑机构(22)与结构物(3)固结；
(2)从支撑机构(22)外侧依次施工复合夹层(21)；
(3)将钢纤维混凝土浇筑于钢板(12)内，通过钢板(12)定位后与地面锚固，完成了所述抗爆抗冲击防护墙的制备。
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