CN110952688A - 一种抗爆墙体 - Google Patents

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贾彬
赵进阶
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Abstract

本发明提供了一种抗爆墙体。该抗爆墙体包括:墙体和多个变刚度构造;所述多个变刚度构造设置在墙体一侧的表面的预设位置上;所述变刚度构造的刚度大于或小于所述墙体的刚度。应用本发明可以有效地提高墙体的抗爆抗冲击性能。

Description

一种抗爆墙体
技术领域
本申请涉及防爆防冲击技术领域,尤其涉及一种抗爆墙体。
背景技术
自从热武器被引入军事中,炸药在现代战争中基本上已经占据了主导地位。但是,随着恐怖分子的日益猖獗,炸药也被经常用于恐怖活动中。据不完全统计,1983年到2000年之间全球共发生规模较大的恐怖袭击数十起,死亡人数超两千余人。其中,除了三起是由劫持飞机引起的之外,其余均为炸弹袭击建筑物,所袭击的建筑物多为政府部门、大使馆等国家重要机关。从2000年至今,引起较大伤亡的恐怖袭击数目更是达到了80多起,导致的人员伤亡不计其数,其中绝大部分袭击都是自杀式汽车炸弹袭击。尤其是在2001年9月11日发生在美国纽约的“911事件”,自杀式炸弹袭击者劫持民航客机撞向世贸中心,造成了2977人死亡。
因此,对于一些特定的重要建筑物,如军事基地、核电站、避难所、大使馆等国家重要机构,一旦有失,所造成的损失将难以估量。所以,需要针对这些建筑物做特殊的抗爆设计,以增强建筑物的安全性。然而,目前国内外对爆炸中建筑物的研究尚不完善,且这些研究主要是集中在军事建筑物和石化工业等易燃易爆行业,而对于普通民用建筑物和非结构建筑物如门窗等均没有完善的规范。
目前,现有技术中的抗爆设计的主要理念是:通过混凝土或钢板完全承担爆炸所带来的冲击。但是,为了完全抵抗爆炸的破坏力,这种纯刚性墙体的墙体的厚度一般都很厚,且抗爆效果也不显著。另外,过厚的墙体由于自重过大,因此容易在连接处形成薄弱面,在爆炸过后,墙体容易发生倒塌造成二次伤害。
因此,国内外也有很多学者在研究不同材料的抗爆性能,以替换传统的钢结构和混凝土结构。目前,国内外研究的热点是采用多孔材料或轻质材料将墙体设计为多层复合结构。主要有材料有:硬质聚氨酯泡沫塑料、聚丙稀纤维、钢纤维、泡沫铝、橡胶混凝土、高阻抗混凝土等。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种抗爆墙体,从而可以有效地提高墙体的抗爆抗冲击性能。
本发明的技术方案具体是这样实现的:
一种抗爆墙体,抗爆墙体包括:墙体和多个变刚度构造;
所述多个变刚度构造设置在墙体一侧的表面的预设位置上;
所述变刚度构造的刚度大于或小于所述墙体的刚度。
较佳的,所述变刚度构造为凹槽。
较佳的,所述墙体一侧的表面上的多个凹槽形成均匀矩形网格状、非均匀矩形网格状、多边形网格状或同心圆网格状的图形。
较佳的,所述变刚度构造为凸起。
较佳的,所述墙体一侧的表面上的多个凸起形成均匀矩形网格状、非均匀矩形网格状、多边形网格状或同心圆网格状的图形。
较佳的,所述变刚度构造为空腔,所述空腔设置于墙体表面下的预设深度处。
较佳的,所述墙体一侧的表面上的多个空腔形成均匀矩形网格状、非均匀矩形网格状、多边形网格状或同心圆网格状的图形。
较佳的,所述变刚度构造中还设置有局部抗剪加强片。
较佳的,所述变刚度构造的外表面设置有外涂层。
较佳的,所述外涂层为粉饰层、外饰挂板或涂覆在外表面上的聚脲抗爆涂层。
如上可见,在本发明中的抗爆墙体中,由于变刚度抗爆墙体正面的墙面上设置有多个变刚度构造,使得该抗爆墙体各处的抗弯刚度可以按照预设的规律分布,预先在厚度、长度、宽度方向上形成刚度梯度,使得在预先设计的某些位置或区域上存在薄弱面(或称为弱刚度区),因此当该抗爆墙体的正面受到冲击力(例如,爆炸所产生的冲击波等)时,在冲击力的作用下,由于应力集中,抗爆墙体上的弱刚度区作为软弱面将最先发生变形,发生弯折、压缩、压碎破坏,进而使得整个抗爆墙体发生设计预期的弯折塌陷,从而可以充分地利用变刚度抗爆墙体的墙体压缩、破碎、表面剥离脱落、飞散和塌陷后的动能以及变形来吸收、消耗爆炸冲击波的能量,从而可以起到预期的保护效果,有效地提高了墙体的抗爆抗冲击性能。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例中的抗爆墙体的侧面剖视图。
图2为图1中的抗爆墙体的局部放大示意图。
图3为本发明另一个具体实施例中的抗爆墙体的侧面剖视图。
图4为图3中的抗爆墙体的局部放大示意图。
图5为本发明另一个具体实施例中的抗爆墙体的侧面剖视图。
图6为图4中的抗爆墙体的局部放大示意图。
图7为本发明实施例中的抗爆墙体立面变刚度构造示意图一。
图8为本发明实施例中的抗爆墙体立面变刚度构造示意图二。
图9为本发明实施例中的抗爆墙体立面变刚度构造示意图三。
图10为本发明实施例中的抗爆墙体立面变刚度构造示意图四。
具体实施方式
为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及具体实施例,对本发明作进一步详细的说明。
如图1~图6所示,本发明实施例中的抗爆墙体包括:墙体11和多个变刚度构造12;
所述多个变刚度构造12设置在墙体11一侧的表面的预设位置上;
所述变刚度构造12的刚度大于或小于所述墙体11的刚度。
在本发明的技术方案中,可以根据抗爆抗冲击理论以及实际情况的需要,预先确定墙体一侧的表面上的预设位置,从而将多个变刚度构造分别设置在各个预设位置上。由于变刚度构造的刚度与墙体的刚度不同(大于或小于所述墙体的刚度),因此在墙体上设置了上述变刚度构造之后,将使得墙体各处的抗弯刚度可以按照预设的规律(例如,预设的形状、位置、区域等等)分布。所以,当受到爆炸冲击波等冲击力时,抗爆墙体上的弱刚度区作为软弱面将最先发生弯折、压缩、压碎破坏等变化,使得整个抗爆墙体发生设计预期的弯折塌陷,因而可以充分地利用变刚度抗爆墙体的墙体压缩、破碎、表面剥离脱落、飞散和塌陷后的动能以及变形能,吸收、消耗爆炸冲击波的能量,从而可以起到预期的保护效果。例如,对某些预设的重要区域进行重点保护等等。
另外,在本发明的技术方案中,可以根据实际应用环境的需要,使用多种具体的实现方式来实现上述的变刚度构造,以下将以其中的几种具体实现方式为例,对本发明的技术方案进行详细地介绍。
例如,作为示例,在本发明的一个较佳的具体实施例中,所述变刚度构造为凹槽。也就是说,在本实施例中,可以在墙体一侧的表面的多个预设位置上分别设置相应的凹槽,如图1~图2所示。通过该凹槽可以削弱凹槽处的截面的墙体厚度,从而降低凹槽处的墙体的抗弯刚度。当受到爆炸冲击波等冲击力时,这些凹槽处作为软弱面将最先发生弯折、压缩、压碎破坏等变化,从而使得整个抗爆墙体发生设计预期的弯折塌陷。
另外,在本发明的技术方案中,还可以根据实际应用环境的需要,预先设计所述凹槽的尺寸、形状以及凹槽在墙面上的具体位置和/或分布密度。
例如,作为示例,在本发明的一个较佳的具体实施例中,所述墙体一侧的表面上的多个凹槽可以形成均匀矩形网格状、非均匀矩形网格状、多边形网格状或同心圆网格状等图形(例如,如图7~图10所示的样式)。当然,在本发明的技术方案中,上述的多个凹槽也可以根据实际应用情况的需要而形成其它形状的各种图形,在此不再赘述。
再例如,作为示例,在本发明的另一个较佳的具体实施例中,所述变刚度构造为凸起。也就是说,在本实施例中,可以在墙体一侧的表面的多个预设位置上分别设置相应的凸起,形成横纵梁,如图3~图4所示。通过这些凸起可以增加凸起处的截面的墙体厚度,从而提高凸起处的墙体的抗弯刚度。当受到爆炸冲击波等冲击力时,那些非凸起处的墙体将作为软弱面最先发生弯折、压缩、压碎破坏等变化,从而使得整个抗爆墙体发生设计预期的弯折塌陷。
另外,在本发明的技术方案中,还可以根据实际应用环境的需要,预先设计所述凸起的尺寸、形状以及凸起在墙面上的具体位置和/或分布密度。
例如,作为示例,在本发明的一个较佳的具体实施例中,所述墙体一侧的表面上的多个凸起可以形成均匀矩形网格状、非均匀矩形网格状、多边形网格状或同心圆网格状等图形(例如,如图7~图10所示的样式)。当然,在本发明的技术方案中,上述的多个凸起也可以根据实际应用情况的需要而形成其它形状的各种图形,在此不再赘述。
再例如,作为示例,在本发明的另一个较佳的具体实施例中,所述变刚度构造为空腔,所述空腔设置于墙体表面下的预设深度处。也就是说,在本实施例中,可以在墙体一侧的表面的多个预设位置的预设深度处分别设置相应的空腔,该墙体一侧的表面仍然是一个平面,如图5~图6所示。通过这些空腔可以削弱空腔处的截面的墙体厚度,从而降低空腔处的墙体的抗弯刚度。当受到爆炸冲击波等冲击力时,这些空腔处作为软弱面将最先发生弯折、压缩、压碎破坏等变化,从而使得整个抗爆墙体发生设计预期的弯折塌陷。
另外,在本发明的技术方案中,还可以根据实际应用环境的需要,预先设计所述空腔的尺寸、形状以及空腔在墙面上的具体位置和/或分布密度。
例如,作为示例,在本发明的一个较佳的具体实施例中,所述墙体一侧的表面上的多个空腔可以形成均匀矩形网格状、非均匀矩形网格状、多边形网格状或同心圆网格状等图形(例如,如图7~图10所示的样式)。当然,在本发明的技术方案中,上述的多个空腔也可以根据实际应用情况的需要而形成其它形状的各种图形,在此不再赘述。
此外,作为示例,在本发明的一个较佳的具体实施例中,所述变刚度构造(例如,凹槽或空腔)中还可以进一步设置有局部抗剪加强片13(如图2、图5和图6所示)。该局部抗剪加强片13可以加强由于设置凹槽和空腔而造成的局部剪切强度不足,可以抵抗高速爆炸冲击下的局部剪切作用。当变刚度抗爆墙体发生预期的弯折时,设置在弯折处的局部抗剪加强片也将随之发生弯曲变形,从而可以进一步地消耗爆炸冲击波的能量。而且,该局部抗剪加强片还可以防止冲击穿透。
另外,在本发明的技术方案中,可以根据实际应用环境的需要,使用不同的材料来制作上述的墙体。
例如,作为示例,在本发明的一个较佳的具体实施例中,所述墙体可以是由钢筋、混凝土制成的钢筋混凝土墙体。在该墙体中,钢筋笼根据相关结构设计规范设计。
另外,在本发明的技术方案中,可以根据实际应用环境的需要,使用不同的混凝土来制成墙体。例如,作为示例,在本发明的一个较佳的具体实施例中,所述混凝土可以是普通的混凝土,也可以是高性能混凝土,例如,纤维增强混凝土(当强度要求高时),也可以是掺有橡胶等高变形材料的混凝土(当吸能要求高时)。
再例如,作为示例,在本发明的另一个较佳的具体实施例中,所述墙体也可以采用钢板、纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Plastic,FRP)、砌体等不同材料制成,可以根据不同的使用条件和设计计算确定制作墙体所需的材料和配比。
另外,在本发明的技术方案中,可以根据实际应用环境的需要,使用不同的材料来制作上述的局部抗剪加强片。
例如,作为示例,在本发明的一个较佳的具体实施例中,当上述抗爆墙体作为高耗能墙体时,所述局部抗剪加强片可以由耗能软钢制成。而当上述抗爆墙体作为防弹、防炸弹碎片冲击的墙体时,所述局部抗剪加强片可以由纤维增强复合材料(Fiber ReinforcedPlastic,FRP)或高强钢制成。
此外,作为示例,在本发明的一个较佳的具体实施例中,当凹槽或空腔中设置有局部抗剪加强片时,所述局部抗剪加强片与凹槽或空腔的形状一致,位于凹槽或空腔底部的混凝土内,并与混凝土内的钢筋网14焊接在一起,从而可以确保能够一致变形。
此外,作为示例,在本发明的一个较佳的具体实施例中,可以根据实际情况的需要,在所设置的凹槽和凸起表面设置外涂层,即所述变刚度构造的外表面设置有外涂层。
例如,在本发明的一个较佳的具体实施例中,所述外涂层可以是粉饰层,也可以是外饰挂板,也可以是涂覆在外表面上的聚脲抗爆涂层。
综上所述,在本发明的技术方案中,由于变刚度抗爆墙体正面的墙面上设置有多个变刚度构造,使得该抗爆墙体各处的抗弯刚度可以按照预设的规律(例如,预设的形状、位置、区域等等)分布,预先在厚度、长度、宽度方向上形成刚度梯度,使得在预先设计的某些位置或区域上存在薄弱面(或称为弱刚度区),因此当该抗爆墙体的正面受到冲击力(例如,爆炸所产生的冲击波等)时,在冲击力的作用下,由于应力集中,抗爆墙体上的弱刚度区作为软弱面将最先发生变形,发生弯折、压缩、压碎破坏,进而使得整个抗爆墙体发生设计预期的弯折塌陷,从而可以充分地利用变刚度抗爆墙体的墙体压缩、破碎、表面剥离脱落、飞散和塌陷后的动能以及变形来吸收、消耗爆炸冲击波的能量,从而可以起到预期的保护效果,例如,对某些预设的重要区域进行重点保护等等,有效地提高了墙体的抗爆抗冲击性能。
另外,由于各个变刚度构造中还可以进一步设置有局部抗剪加强片,加强了其所在位置处的局部剪切强度,可以抵抗高速爆炸冲击下的局部剪切作用,防止由于局部冲击剪切,将变刚度抗爆墙体剪坏。而且,当变刚度抗爆墙体发生预期的弯折时,设置在弯折处的局部抗剪加强片也将随之发生弯曲变形,从而可以利用局部抗剪加强片的抗剪特性进一步地消耗爆炸冲击波的能量;而且,该局部抗剪加强片还可以防止冲击穿透。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种抗爆墙体,其特征在于,该抗爆墙体包括:墙体和多个变刚度构造;
所述多个变刚度构造设置在墙体一侧的表面的预设位置上;
所述变刚度构造的刚度大于或小于所述墙体的刚度。
2.根据权利要求1所述的抗爆墙体,其特征在于:
所述变刚度构造为凹槽。
3.根据权利要求2所述的抗爆墙体,其特征在于:
所述墙体一侧的表面上的多个凹槽形成均匀矩形网格状、非均匀矩形网格状、多边形网格状或同心圆网格状的图形。
4.根据权利要求1所述的抗爆墙体,其特征在于:
所述变刚度构造为凸起。
5.根据权利要求4所述的抗爆墙体,其特征在于:
所述墙体一侧的表面上的多个凸起形成均匀矩形网格状、非均匀矩形网格状、多边形网格状或同心圆网格状的图形。
6.根据权利要求1所述的抗爆墙体,其特征在于:
所述变刚度构造为空腔,所述空腔设置于墙体表面下的预设深度处。
7.根据权利要求6所述的抗爆墙体,其特征在于:
所述墙体一侧的表面上的多个空腔形成均匀矩形网格状、非均匀矩形网格状、多边形网格状或同心圆网格状的图形。
8.根据权利要求2或6所述的抗爆墙体,其特征在于:
所述变刚度构造中还设置有局部抗剪加强片。
9.根据权利要求2或4所述的抗爆墙体,其特征在于:
所述变刚度构造的外表面设置有外涂层。
10.根据权利要求9所述的抗爆墙体,其特征在于:
所述外涂层为粉饰层、外饰挂板或涂覆在外表面上的聚脲抗爆涂层。
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