CN112049321B - 一种蜂窝状夹芯防爆墙板 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蜂窝状夹芯防爆墙板，包括第一钢板层、蜂窝状复合层、第二钢板层和第一连接部件，蜂窝状复合层设置于第一钢板层与第二钢板层之间，第一连接部件穿过第一钢板层、蜂窝状复合层及第二钢板层将该三层连接为一体；蜂窝状复合层包括至少四层呈梯形锯齿状的压型钢板，位于上层、下层相邻的两层压型钢板之间错峰布置，上层的齿峰与相邻下层的齿谷相拼成横截面为六边形单元，由若干六边形单元构成六边形的蜂窝结构，通过蜂窝状复合层变形吸收能量的能力抵抗爆炸荷载。本发明的蜂窝状复合层由多层压型钢板构成的中空状的蜂窝结构，达到相比相同防爆性能的墙板所占用的空间更小，且质量更加轻便的目的，从而减少建筑物的额外负担，降低建筑成本。

Description

一种蜂窝状夹芯防爆墙板

技术领域

本发明涉及建筑防爆工程领域，具体地，涉及一种蜂窝状夹芯防爆墙板。

背景技术

近年来恐怖袭击对普通建筑的破坏造成了大量生命和财产的损失。世界各地不断发生针对普通建筑的爆炸事件，炸弹型恐怖袭击对人类生命和公共建筑的安全造成严重的威胁和损害。此外，日常火工制品的储存，重要建筑的防爆对保护人民财产和人身安全也至关重要。如何有效地防护各类建筑物以及构件免遭严重的爆炸破坏，降低生命和财产损失已经成为了一门重要的课题。

现有的防爆墙板多是通过厚重的混凝土墙体或者组合墙体材料来抵抗爆炸的冲击荷载，利用材料在破坏过程中吸收能量的方式，减少爆炸冲击波对主体结构的破坏。解决思路主要通过两个方面，一个是增加材料在爆炸冲击波方向的厚度，以增强其抵抗爆炸的能力，另一种是通过研发新型材料，以达到在相同厚度上吸收更多冲击波的目的。

两者都从墙体材料方面进行优化。增加墙体厚度会使得防爆墙体自重过重，外挂或者填充在框架墙内容易造成主体结构负荷过高，或者对框架梁产生不利偏心作用。其次，增加结构恒重会降低结构安全性，给安装带来一定的难度，对建筑物美观也有一定影响，笨重的外形很多时候并不适用。

新型吸收冲击波材料的开发是目前防爆墙板的一个重要研究思路，主要研究方向为增强材料吸收冲击波的能力，并利用其良好的延性以避免防爆墙体可能产生的碎片飞出，造成二次伤害。相比研发新型防爆材料，本发明采用具有良好延性的钢材，利用结构上的优化，将钢材在爆炸破坏下的强度发挥到最大值。相比厚重的传统防爆墙板对爆炸冲击波的衰减能力有限，施工成本相对较高，较厚的整体墙板厚度影响美观等缺陷，开发出一种较为轻便且吸能较好的新型防爆墙板有着十分重要的意义。

例如：经检索发现申请号为201810704904.0的中国专利，公开了一种蜂窝式橡胶铅芯抗裂防爆墙，其中包括了吸能缓冲层，该吸能缓冲层包括蜂窝钢板、钢框板、橡胶层和铅层，吸能缓冲层内部骨架为蜂窝钢板，蜂窝钢板是由多个六边形框筒叠合而成的一体结构，橡胶层仅靠在蜂窝钢板的内侧，橡胶层与蜂窝钢板用结构胶进行粘结，橡胶层内设置六边形实心铅芯。横向拉结钢管沿蜂窝式橡胶铅芯抗裂防爆墙的纵向等间隔布置，横向拉结钢管穿过钢框板埋入高强限位混杂混凝土内，用紧固件将横向拉结钢管紧固于蜂窝钢板的两侧及钢框板的两侧。但是上述专利存在以下不足：蜂窝式橡胶铅芯抗裂防爆墙结构构成复杂，包括蜂窝钢板、钢框板、橡胶层、铅芯、横纵拉结筋、紧固件、高强纤维混凝土、防火阻燃涂层等，涉及钢材、橡胶、铅材、混凝土等多种材料，加工繁琐，制作复杂，给批量生产带来一定困难，不易大面积推广使用；蜂窝式橡胶铅芯抗裂防爆墙对部分材料的成分比例要求严格，高强纤维混杂混凝土的钢纤维含量需控制在1％～3％，聚丙烯纤维含量需控制在0.1％～0.2％，对材料加工的精度控制提出一定要求；蜂窝式橡胶铅芯抗裂防爆墙在橡胶层中设置六边形实心铅芯，铅材密度为11.3437g/cm³，大于钢材、混凝土与橡胶，加之采用实心填充方式，势必增加防爆墙的整体自重，给安装带来不便的同时，也给建筑结构造成较大的额外承载负担，降低结构安全性。

经检索发现申请号为201711375198.1的中国专利，公开一种复合夹心防弹结构，包括复合夹心层，复合夹心层由蜂窝型负泊松比结构和填充于蜂窝型负泊松比结构空隙内的弹性体材料构成。该复合夹心防弹结构还包括了面板和背板，复合夹层固定在面板和背板之间。在蜂窝型负泊松比结构和填充于蜂窝型负泊松比结构空隙内的弹性体材料的相互协同促进作用下，具有低密度、高抗冲击强度、高抗断裂性能和良好的吸能减震性能。但是上述专利存在以下不足：复合夹芯防弹结构的制备，基于蜂窝型负泊松比结构模型，其内凹蜂窝胞体单元具有复杂的三维网状结构，无法采用常规的模具铸造，不得不以TC4钛合金粉末为原材料，采用3D打印技术加工成型，3D打印受限于快速成型的材料和原理，成品的材料性能和加工精度还有待提高，往复逐层打印的方式会在层与层的交会处留下结构缺陷，不适用于重要的功能性零件制作，也不便于大批量生产；加工时，还需向成型的蜂窝型负泊松比结构孔隙注塑填充弹性体材料以形成复合夹芯层，注塑工艺容易受孔隙尺寸影响，进而影响弹性体材料的相对密度以及防弹性能，对制作加工要求较高。

如上述申请号为201711375198.1的中国专利所述目前防爆钢板基本处于对材料性能的改变，尚未有采用不同结构形式以求更大程度地利用材料吸收冲击能量的防爆墙。因此，设计一种构造简单，安装简易，用材节省的加装在建筑外墙的防爆钢板，对于公共建筑防爆，保护人民生命财产安全有较强的实际意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种蜂窝状夹芯防爆墙板。

为实现上述发明目的，本发明提供一种蜂窝状夹芯防爆墙板，包括第一钢板层、蜂窝状复合层、第二钢板层和若干第一连接部件，其中，所述蜂窝状复合层设置于所述第一钢板层与所述第二钢板层之间，所述若干第一连接部件穿过所述第一钢板层、所述蜂窝状复合层及所述第二钢板层将该三层连接为一体；

所述蜂窝状复合层包括至少四层呈梯形锯齿状的压型钢板，位于上层、下层相邻的两层所述压型钢板之间错峰布置，上层所述压型钢板的齿峰与相邻下层所述压型钢板的齿谷相拼成横截面为六边形单元，由若干所述六边形单元构成蜂窝结构，通过所述蜂窝状复合层变形吸收能量的能力抵抗爆炸荷载。

优选地，蜂窝状夹芯防爆墙板包括用于连接建筑主体梁结构的定位部件，所述定位部件设置于所述第一钢板层、所述第二钢板层的一侧。

优选地，所述定位部件包括多个定位角钢和第二连接部件，所述定位角钢通过所述第二连接部件与所述第一钢板层、所述第二钢板层连接；所述定位角钢为L型部件，所述定位角钢的一边设有用于通过所述第二连接部件的第一圆孔，所述定位角钢的另一边设有用于与框架梁的螺栓连接及定位的第二圆孔。

优选地，所述多个定位角钢均匀地分布于所述第一钢板层、所述第二钢板层两侧边缘。

优选地，所述第一连接部件包括带有螺纹的螺栓、螺栓垫圈和六角螺帽，其中，所述六角螺帽设置于所述螺栓的两端，所述螺栓垫圈穿于所述螺栓上并位于所述六角螺帽与所述第一钢板层、所述第二钢板层之间。

优选地，所述第一钢板层、所述第二钢板层设有呈阵列排布的第一通孔，所述第一通孔贯穿所述第一钢板层、所述第二钢板层的厚度方向，所述第一通孔用于穿过所述第一连接部件。

优选地，所述压型钢板设有呈阵列排布的第二通孔，且所述第二通孔以所述压型钢板的相邻齿峰值间距为基准，沿齿峰垂直方向分布贯通其厚度，所述第二通孔用于穿过第一连接部件。

与现有技术相比，本发明具有如下至少一种的有益效果：

本发明上述结构，包括两层钢板以及位于两层钢板之间的蜂窝状复合层，蜂窝状复合层由多层压型钢板构成的中空状的蜂窝结构，本发明与同等防爆性能的墙板相比所占用的空间更小，且质量更加轻便的效果，从而减少建筑物的额外负担，降低建筑成本。

本发明上述结构，在抗爆性能方面，在第一钢板层与第二钢板层之间设置变形能力较好的蜂窝状复合层形成了软钢夹芯层，在冲击荷载作用下，蜂窝状复合层的压型钢板产生很大的塑性变形，有效地吸收爆炸冲击波的部分能量以减少冲击载荷对主体结构的作用强度。本发明上述结构经过显式有限元动力模拟，模拟结果表明整体防爆墙板侧向位移小，有效减少对建筑物的破坏程度。

本发明上述结构，通过设置定位部件，便于防爆墙板与建筑主体梁结构的安装，且安装简易。

本发明上述结构，最外层采用钢材质均匀的第一钢板层、第二钢板层，整体性较好，材料性能均匀，附着在建筑原有的墙体上能够减轻承重墙体受到的冲击，钢材具有较好的延展性能，有效防止墙体成为碎片飞出，避免造成二次伤害。

本发明上述结构，第一钢板层、第二钢板层及蜂窝状复合层均采用钢材质，钢材质的加工技术成熟，易于成型和加工，无需特殊的加工设备和工艺，便于批量生产。此外，便于室内外安装，考虑到对于普通建筑的适用性，有益于将防爆墙体的应用推广到更大的适用范围。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1a是本发明一优选实施例的蜂窝状夹芯防爆墙板的三维效果图；

图1b是本发明一优选实施例的蜂窝状夹芯防爆墙板的三维效果图；

图2是本发明一优选实施例的蜂窝状夹芯防爆墙板的正视图；

图3是本发明一优选实施例的蜂窝状夹芯防爆墙板的侧视图；

图4是图1a中A-A剖面图；

图5是图1a中B-B剖面图；

图6是本发明一优选实施例的压型钢板的结构示意图；

图7是本发明一优选实施例蜂窝状夹芯防爆墙板与框架梁连接示意图；

图8是本发明一优选实施例蜂窝状夹芯防爆墙板与框架梁连接节点大样图；

图中标记分别表示为：1a为第一钢板层、1b为第二钢板层、2为蜂窝状复合层、3为第一连接部件、4为定位角钢、5为第二连接部件、6为螺栓垫圈、7为六角螺帽、8为框架梁、9为压型钢板、91为齿峰、92为齿谷。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

参照图1a、图1b所示，为本发明一优选实施例的蜂窝状夹芯防爆墙板的三维效果图，图中包括第一钢板层1a、蜂窝状复合层2、第二钢板层1b和若干第一连接部件3，其中，蜂窝状复合层2设置于第一钢板层1a与第二钢板层1b之间形成软钢夹芯层，若干第一连接部件3分别穿过第一钢板层1a、蜂窝状复合层2及第二钢板层1b将该三层固定为一体墙板结构。

参照图1b所示，蜂窝状复合层2包括至少四层呈梯形锯齿状的压型钢板4，由上到下依次为第一层压型钢板、第二层压型钢板、第三层压型钢板及第四层压型钢板，其中，第一层压型钢板位于第一钢板层1a的底面，第四压型钢板位于第二钢板层1b的上面；第二层压型钢板、第三层压型钢板夹于第一层压型钢板与第四压型钢板之间。将四层压型钢板的上层、下层相邻两层压型钢板9之间错峰布置。将第一层压型钢板9的齿峰91与相邻第二层压型钢板9的齿谷92相拼成横截面为六边形单元，该六边形单元为中空结构；第一层压型钢板9的齿谷92与第一钢板层1a形成截面为梯形的空间；将第二层压型钢板9与第一层压型钢板9错峰布置，第二层压型钢板9的齿谷92与第一层压型钢板9的齿峰91相拼形成间隔分布的六边形单元；将第三层压型钢板9与第二层压型钢板9错峰布置，第二层压型钢板9的齿峰91与第三层压型钢板9的齿谷92相拼形成间隔分布的六边形单元；将第四层压型钢板9与第三层压型钢板9错峰布置，第四层压型钢板9的齿谷92与第三层压型钢板9的齿峰91相拼形成间隔分布的六边形单元，第四层压型钢板9的齿峰91与第二钢板层1b形成截面为梯形的空间；由四层压型钢板9依次错峰叠加形成的若干六边形单元构成蜂窝结构，即形成蜂窝状复合层，通过蜂窝状复合层变形吸收能量的能力抵抗爆炸荷载。参照图6所示，压型钢板9由向上凸起的梯形槽齿峰91与向下凹陷的梯形槽齿谷92依次间隔连接形成横截面呈梯形锯齿状结构。

通过若干第一连接部件3将一体墙板结构的厚度方向固定，避免了蜂窝状复合层2各层压型钢板9在平面内运动。压型钢板9应有大于3层的叠加，压型钢板9的相互叠加可以通过螺栓方式连接为一体。一体墙板结构通过蜂窝结构的变形实现对爆炸荷载更大程度的吸收。

在其他部分优选实施例中，蜂窝状夹芯防爆墙板包括定位部件，定位部件用于连接建筑主体梁结构。将定位部件设置于第一钢板层1a、第二钢板层1b靠近建筑物框架梁8的一侧。

在其他部分优选实施例中，参照图2、图3及图4所示，定位部件包括多个定位角钢4和第二连接部件5，定位角钢4通过第二连接部件5与第一钢板层1a、第二钢板层1b连接。作为一优选方式，参照图1b所示，多个定位角钢4均匀地间隔分布于第一钢板层1a、第二钢板层1b两侧边缘，将一体墙板结构的两侧分别通过定位角钢4与建筑主体梁结构的框架梁8固定。

参照图7、图8所示，定位角钢4为L型部件，定位角钢4的一边设有用于通过第二连接部件5的带有螺纹的第一圆孔。定位角钢4的另一边设有用于与框架梁8的螺栓连接及定位的带有螺纹的第二圆孔，第二圆孔实现防爆钢板定位和与框架梁8的连接。作为一优选方式，可在定位角钢4的一边设置两排或多排均匀分布的第一圆孔，可以采用螺栓等连接部件从第一圆孔穿入第一钢板层1a、第二钢板层1b，将定位角钢4的一边与第一钢板层1a、第二钢板层1b固定。可在定位角钢4的另一边设置一排或者多排均匀分布的第二圆孔，可以采用螺栓等连接部件从第二圆孔穿入框架梁8的安装孔，将定位角钢4的另一边与框架梁8固定，实现一体墙板结构与建筑主体梁结构在上下两端的铰接连接。在具体实施时，定位角钢4、第二连接部件5可布置多个，且其数量可根据施工需求布置。定位角钢4的第一圆孔、第二圆孔应符合所采用的连接件(螺栓)的尺寸要求。

在其他部分优选实施例中，第一钢板层1a、第二钢板层1b可以采用但不限于采用矩形钢板。参照图1a、图1b、图7所示，在第一钢板层1a、第二钢板层1b设有呈阵列排布的若干带有螺纹的第一通孔，第一通孔贯穿第一钢板层1a、第二钢板层1b的厚度方向，第一通孔使第一连接部件3穿过第一钢板层1a、第二钢板层1b。

在其他部分优选实施例中，结合图2、图6所示，在每层压型钢板9开设有呈阵列分布的若干第二通孔，且以压型钢板9相邻齿峰91的峰值间距为基准，沿齿峰91垂直方向分布贯通其厚度。位于最上层的压型钢板9和最下层的压型钢板9的第二通孔开设在齿谷92处。第一钢板层1a、第二钢板层1b的第一通孔及多层压型钢板9的第二通孔的孔径及位置相匹配。在具体实施时，将螺栓等连接部件从第一钢板层1a的第一通孔穿入并依次贯穿多层压型钢板9的第二通孔再从第二钢板层1b的第一通孔中穿出，使第一钢板层1a、第二钢板层1b以及夹在两者之间的蜂窝状复合层2固定。

在其他部分优选实施例中，参照图5所示，第一连接部件3包括带有螺纹的螺栓、两个螺栓垫圈6和两个六角螺帽7，将螺栓3的螺杆穿过第一钢板层1a、若干层压型钢板9及第二钢板层1b并与六角螺帽7连接，实现两侧钢层与中间层压型钢板9的共同连接。通过螺栓3、螺栓垫圈6以及六角螺帽7将第一钢板层1a、多层压型钢板9及第二钢板层1b的各层钢板连接，避免了各层压型钢板9在平面内的运动。两个六角螺帽7分别设置于螺栓的两端，能通过在带有螺纹的螺杆上的移动调节墙板在平面外的松紧程度；两个螺栓垫圈6分别穿于螺栓上并位于六角螺帽7与第一钢板层1a、第二钢板层1b之间；通过设置螺栓垫圈6能缓解六角螺帽7与螺栓对第一钢板层1a开设的第一圆孔、第二钢板层1b开设的第二圆孔造成的局部压力。

上述实施例的蜂窝状夹芯防爆墙板的结构设计合理，采用通常的方法生产出半六边形的(呈梯形锯齿状)压型钢板9，即可组合成蜂窝结构的夹芯层，无需特殊的模具和生产工艺，节省成本；在爆炸等冲击荷载的作用下，利用蜂窝状复合层2的弯折产生局部屈服变形达到耗能的目的。经软件模拟验证能够有效抵抗爆炸荷载，增强了防爆墙对于普通建筑的适用性。可根据防爆墙需要抵抗的冲击能量进行结构优化，如可调整蜂窝状复合层2的压型钢板9的层数，构成的蜂窝结构的尺寸，压型钢板9的板厚以及第一钢板层1a、第二钢板层1b的厚度。在空气爆炸的情况下，防爆墙可以保证墙面变形在安全范围内，是对建筑安全防爆技术的一个完善。上述蜂窝状夹芯防爆墙板结构原理清晰，制作简单，施工方便及安装简易，适用于大规模的公共建筑的防爆需求领域。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质。

Claims (3)

1.一种蜂窝状夹芯防爆墙板，其特征在于：包括第一钢板层、蜂窝状复合层、第二钢板层和若干第一连接部件，其中，所述蜂窝状复合层设置于所述第一钢板层与所述第二钢板层之间，所述若干第一连接部件穿过所述第一钢板层、所述蜂窝状复合层及所述第二钢板层将该三层连接为一体；

所述蜂窝状复合层包括至少四层呈梯形锯齿状的压型钢板，位于上层、下层相邻的两层所述压型钢板之间错峰布置，上层所述压型钢板的齿峰与相邻下层所述压型钢板的齿谷相拼成横截面为六边形单元，由若干所述六边形单元构成蜂窝结构，通过所述蜂窝状复合层变形吸收能量的能力抵抗爆炸荷载；

所述由若干所述六边形单元构成蜂窝结构，其中蜂窝结构的通孔方向平行于第一钢板层、第二钢板层；

所述第一钢板层、所述第二钢板层设有呈阵列排布的第一通孔，所述第一通孔贯穿所述第一钢板层、所述第二钢板层的厚度方向，所述第一通孔用于穿过所述第一连接部件；

所述压型钢板设有呈阵列排布的第二通孔，且所述第二通孔以所述压型钢板的相邻齿峰值间距为基准，沿齿峰垂直方向分布贯通其厚度，所述第二通孔用于穿过第一连接部件；

将四层压型钢板的上层、下层相邻两层压型钢板之间错峰布置，第一层压型钢板的齿峰与相邻第二层压型钢板的齿谷相拼成横截面为六边形单元，该六边形单元为中空结构；第一层压型钢板的齿谷与第一钢板层形成截面为梯形的空间；将第二层压型钢板与第一层压型钢板错峰布置，第二层压型钢板的齿谷与第一层压型钢板的齿峰相拼形成间隔分布的六边形单元；将第三层压型钢板与第二层压型钢板错峰布置，第二层压型钢板的齿峰与第三层压型钢板的齿谷相拼形成间隔分布的六边形单元；将第四层压型钢板与第三层压型钢板错峰布置，第四层压型钢板的齿谷与第三层压型钢板的齿峰相拼形成间隔分布的六边形单元，第四层压型钢板的齿峰与第二钢板层形成截面为梯形的空间；由四层压型钢板依次错峰叠加形成的若干六边形单元构成蜂窝结构，即形成蜂窝状复合层，通过蜂窝状复合层变形吸收能量的能力抵抗爆炸荷载；

还包括用于连接建筑主体梁结构的定位部件，所述定位部件设置于所述第一钢板层、所述第二钢板层的一侧；

所述定位部件包括多个定位角钢和第二连接部件，所述定位角钢通过所述第二连接部件与所述第一钢板层、所述第二钢板层连接；所述定位角钢为L型部件，所述定位角钢的一边设有用于通过所述第二连接部件的第一圆孔，所述定位角钢的另一边设有用于与框架梁的螺栓连接及定位的第二圆孔。

2.根据权利要求1所述的蜂窝状夹芯防爆墙板，其特征在于：所述多个定位角钢均匀地分布于所述第一钢板层、所述第二钢板层两侧边缘。

3.根据权利要求1-2任一项所述的蜂窝状夹芯防爆墙板，其特征在于：所述第一连接部件包括带有螺纹的螺栓、螺栓垫圈和六角螺帽，其中，所述六角螺帽设置于所述螺栓的两端，所述螺栓垫圈穿于所述螺栓上并位于所述六角螺帽与所述第一钢板层、所述第二钢板层之间。

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