CN113089864A - 一种用于增强现有建筑物抗空中近场爆炸能力的防护装置 - Google Patents

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赵小华
刘志东
方宏远
薛冰寒
杜雪明
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    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/92—Protection against other undesired influences or dangers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
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Abstract

本发明涉及一种用于增强现有建筑物抗空中近场爆炸能力的防护装置，包括拼接外框和嵌入拼接外框内的防护单元，所述防护单元包括两个贴合在一起的第一蜂窝钢板单元和第二蜂窝钢板单元，第一蜂窝钢板单元包括第一固定箱和固定在第一固定箱内的第一蜂窝胞，第二蜂窝钢板单元包括第二固定箱和固定在第二固定箱内的第二蜂窝胞，第一蜂窝胞的轴向竖向布置，第二蜂窝胞的轴向横向布置，第一固定箱和第二固定箱相远离的侧壁上对称设置CFRP防护层，第一蜂窝胞和第二蜂窝胞中填充有高聚物。本发明通过对冲击波的漫反射来衰减和吸收冲击波，多道防线消能，刚柔并济，能够衰减空中爆破冲击波峰值90%以上，从而保护结构物或其他被保护目标的安全。

Description

一种用于增强现有建筑物抗空中近场爆炸能力的防护装置
技术领域
本发明涉及空中近场爆破冲击波灾害防护技术领域，具体涉及一种用于增强现有建筑物抗空中近场爆炸能力的防护装置。
背景技术
近年来，爆炸事件逐渐增多，城市加油站、加气站等易燃易爆区域也是爆炸威胁的重要来源之一。当爆炸事故发生时，对建筑物的破坏作用主要有两种：破碎的弹片及爆炸冲击波。其中，爆炸冲击波能够透射穿过墙体，它产生的空气超压会造成墙后结构物和人员的伤害。因此，空中爆炸冲击波下的结构及人员安全防护日益受到重视。
目前，应用较为广泛的抗爆措施主要包括修筑传统的钢筋混凝土防爆墙、砖墙等防爆墙，这些墙在受到强大的空气冲击波的作用时，存在墙体破裂、碎片飞溅的危险，并且因其自身结构的局限性，对空气冲击波的衰减能力有限，冲击波透过墙体后依然会产生对防爆墙后的其它被保护目标的破坏和人员的伤害。因此，亟需一种抗冲击能力强、冲击波衰减效率高、布防快捷、装配方便 、应急保障能力高的空中近场爆破冲击波防护装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于增强现有建筑物抗空中近场爆炸能力的防护装置，它能有效衰减爆破空气冲击波，防止墙体破裂和碎片飞溅，有效降低爆炸冲击波对建筑物及内部被保护目标或人员的威胁。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种用于增强现有建筑物抗空中近场爆炸能力的防护装置，包括拼接外框和嵌入拼接外框内的防护单元，所述防护单元包括两个贴合在一起的第一蜂窝钢板单元和第二蜂窝钢板单元，第一蜂窝钢板单元包括第一固定箱和固定在第一固定箱内的第一蜂窝胞，第二蜂窝钢板单元包括第二固定箱和固定在第二固定箱内的第二蜂窝胞，第一蜂窝胞的轴向竖向布置，第二蜂窝胞的轴向横向布置，第一固定箱和第二固定箱相远离的侧壁上对称设置CFRP防护层，第一蜂窝胞和第二蜂窝胞中填充有高聚物，所述拼接外框的周边沿均固定有连接板，连接板上设有连接孔。
所述第一固定箱的顶面设有第一注浆孔和第一排气孔，第一蜂窝胞的底部相接的侧壁上均设有第一连通孔，第二固定箱的一侧面设有第二注浆孔和第二排气孔，第二蜂窝上胞远离第二注浆孔的一端的相接的侧壁上均设有第二连通孔。
所述第一蜂窝胞和第二蜂窝胞均为六棱框状，所述第一蜂窝胞和第二蜂窝胞的钢板厚度均为3~5mm，第一蜂窝胞和第二蜂窝胞的底面的正六边形的边长L为10~20cm，所述第一固定箱和第二固定箱的六个面板的厚度均为5~10mm，第一固定箱和第二固定箱的长度均为10L，第一固定箱和第二固定箱的高度均为10L，第一固定箱和第二固定箱的宽度均为5L。
所述CFRP防护层的厚度为5~10mm。
所述高聚物由异氰酸酯和多元醇按1∶1质量比注入蜂窝钢板层后混合反应而成。
所述CFRP防护层与第一固定箱和第二固定箱采用胶结固定。
所述第一固定箱和第二固定箱采用胶接或焊接固定在一起。
所述拼接外框由轻质钢板或防锈合金材料制成。
本发明通过悬吊装置吊于被保护目标前，当空中爆炸冲击波到达防护装置的迎爆面时，冲击波会依次经过CFRP防护层、钢板、空气、高聚物，本发明利用钢板—空气层—高聚物间波阻抗失配原理、高聚物内部封闭气泡对爆破冲击波的漫反射作用、及蜂窝结构的变形来衰减爆炸冲击波的能量，从而保护目标建筑的安全，本发明中最外侧的CFRP防护层具有抗冲击、耐高温的特性，它作为本防护装置的刚性防护层，可减少建筑物墙体的碎石飞溅，紧邻的蜂窝钢板单元不仅具有质轻高强的特点，而且具有良好的动态力学特性及吸能特性，可有效衰减和吸收空气冲击波，蜂窝胞内填充的高聚物块因其多孔结构、质轻高强的特点，不仅可以通过对冲击波的漫反射来衰减和吸收冲击波，还可以作为蜂窝钢板层的内部支撑，从而降低爆炸冲击波作用下蜂窝钢板层的形变量，提高其结构稳定性，增强其抗冲击能力，蜂窝钢板和内填的高聚物块共同承担了柔性防护的作用，本发明通过多道防线消能，刚柔并济，能够衰减空中爆破冲击波峰值90%以上，从而保护结构物或其他被保护目标的安全。本发明整体质量轻，强度高，本发明是一个体积适中的防护单元，占空间小，因此便于储放和运输，本发明装配与拆卸快捷，无需对目标建筑进行改造，能快速布防、应急保障能力高，本发明在发挥防护作用后拆除和回收方便，可将破坏轻微的防护单元重复利用，既节省成本，又绿色环保。
附图说明
图1为本发明实施例的防护单元的外部结构示意图。
图2为本发明的防护单元的局部拆分图。
图3为本发明的防护单元的内部结构示意图。
图4为本发明的第一蜂窝胞结构示意图。
图5为本发明的拼接外框的结构示意图。
图6为本发明现场拼接及吊装示意图。
图7为本发明在空中爆破冲击波防护中的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-图6所示，一种用于增强现有建筑物抗空中近场爆炸能力的防护装置，包括拼接外框9和嵌入拼接外框9内的防护单元，防护单元包括两个贴合在一起的第一蜂窝钢板单元10和第二蜂窝钢板单元11，第一蜂窝钢板单元包括第一固定箱2和固定在第一固定箱内的第一蜂窝胞12，第二蜂窝钢板单元11包括第二固定箱13和固定在第二固定箱内的第二蜂窝胞14，第一蜂窝胞12的轴向竖向布置，第二蜂窝胞14的轴向横向布置，安装时将第一蜂窝胞12贴近迎爆面布置，第一固定箱2和第二固定箱13相远离的侧壁上对称设置CFRP防护层1，第一蜂窝胞和第二蜂窝胞中填充有高聚物，工程使用前先对第一蜂窝胞和第二蜂窝胞注浆。拼接外框的周边沿均固定有连接板15，连接板上设有连接孔16，工程使用时，现场可通过连接孔16将所需防护单元相互拼接组装，拼接完成后可通过位于最上侧的螺栓孔将本装置悬吊，可快速拼接和吊装。
第一固定箱2的顶面设有第一注浆孔3和第一排气孔4，第一蜂蜂窝胞12底部的相接的侧壁上均设有第一连通孔17，第二固定箱13的一侧面设有第二注浆孔18和第二排气孔19，第二蜂窝胞远离第二注浆孔的一端的相接的侧壁上均设有第二连通孔，第一注浆孔3和第二注浆孔18用于现场注浆，第一连通孔17和第二连通孔方便注浆后化学浆液快速地通过矩形孔洞流动到每个六棱柱形蜂窝胞，从而使每个蜂窝胞内均匀且完整地填充上高聚物。
第一蜂窝胞12和第二蜂窝胞14均为六棱框状，第一固定箱2和第二固定箱13的六个面板的厚度均为5~10mm，第一蜂窝胞12和第二蜂窝胞14的钢板厚度均为3~5mm，第一蜂窝胞和第二蜂窝胞的底面的正六边形的边长L为10~20cm，第一固定箱和第二固定箱的长度均为10L，第一固定箱和第二固定箱的宽度均为10L，第一固定箱和第二固定箱的厚度均为5L。
CFRP防护层1的厚度为5~10mm。
高聚物由异氰酸酯和多元醇按1∶1质量比注入蜂窝钢板层后混合反应而成，浆液浇注的1min内反应迅速，在浆液浇注10 min后趋于稳定，成型后的聚氨酯高聚物材料固结体为多孔结构，内部有密集封闭气泡，成型后的聚氨酯高聚物材料密度为0.22g/cm3~0.45g/cm3，其具有质轻高强、多孔吸能，耐久性好的一系列特点。
CFRP防护层与第一固定箱和第二固定箱采用胶结固定。
第一固定箱和第二固定箱采用胶接或焊接固定在一起。
拼接外框由轻质钢板或防锈合金材料制成，其尺寸与防护单元的大小相匹配，能固定夹紧防护单元。
本装置一般通过吊装装置直接贴附在被保护建筑物的墙体前，如图7所示，本装置应用在高4m、宽4m的墙体的防护中，其具体实施过程如下：
1、根据实际情况，确定所需的防护单元的尺寸，本实施例中被保护的墙体7的高度为4m，宽度为4m，因此本防护单元的六棱柱蜂窝胞的底面六边形边长取为10cm，则防护单元的长度为1m，高度为1m，单个蜂窝钢板层的宽度为0.5m；
2、根据被保护区域的尺寸，可计算得出共需长度、宽度为1m的本防护单元16块，将16块拼接外框拼装成方形的防护装置5；
3、通过牵引设备的吊装拼接外框，直接贴附在被保护墙体前，从而完成快速布防；
4、爆炸物8爆炸后，产生爆破空气冲击破6，当空中爆炸冲击波6到达防护装置5的迎爆面时，冲击波会依次经过CFRP防护层、钢板、空气、高聚物等，防护装置5利用钢板—空气层—高聚物间波阻抗失配原理、高聚物内部封闭气泡对爆破冲击波的漫反射作用、及蜂窝结构的变形来衰减爆炸冲击波的能量，从而保护目标建筑的安全。
以上所述为本发明的较佳具体实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍落入本发明专利的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于增强现有建筑物抗空中近场爆炸能力的防护装置，其特征在于：包括拼接外框和嵌入拼接外框内的防护单元，所述防护单元包括两个贴合在一起的第一蜂窝钢板单元和第二蜂窝钢板单元，第一蜂窝钢板单元包括第一固定箱和固定在第一固定箱内的第一蜂窝胞，第二蜂窝钢板单元包括第二固定箱和固定在第二固定箱内的第二蜂窝胞，第一蜂窝胞的轴向竖向布置，第二蜂窝胞的轴向横向布置，第一固定箱和第二固定箱相远离的侧壁上对称设置CFRP防护层，第一蜂窝胞和第二蜂窝胞中填充有高聚物，所述拼接外框的周边沿均固定有连接板，连接板上设有连接孔。
2.根据权利要求1所述的用于增强现有建筑物抗空中近场爆炸能力的防护装置，其特征在于：所述第一固定箱的顶面设有第一注浆孔和第一排气孔，第一蜂窝胞的底部相接的侧壁上均设有第一连通孔，第二固定箱的一侧面设有第二注浆孔和第二排气孔，第二蜂窝上胞远离第二注浆孔的一端的相接的侧壁上均设有第二连通孔。
3.根据权利要求1所述的用于增强现有建筑物抗空中近场爆炸能力的防护装置，其特征在于：所述第一蜂窝胞和第二蜂窝胞均为六棱框状，所述第一蜂窝胞和第二蜂窝胞的钢板厚度均为3~5mm，第一蜂窝胞和第二蜂窝胞的底面的正六边形的边长L为10~20cm，所述第一固定箱和第二固定箱的六个面板的厚度均为5~10mm，第一固定箱和第二固定箱的长度均为10L，第一固定箱和第二固定箱的高度均为10L，第一固定箱和第二固定箱的宽度均为5L。
4.根据权利要求1所述的用于增强现有建筑物抗空中近场爆炸能力的防护装置，其特征在于：所述CFRP防护层的厚度为5~10mm。
5.根据权利要求1所述的用于增强现有建筑物抗空中近场爆炸能力的防护装置，其特征在于：所述高聚物由异氰酸酯和多元醇按1∶1质量比注入蜂窝钢板层后混合反应而成。
6.根据权利要求1所述的用于增强现有建筑物抗空中近场爆炸能力的防护装置，其特征在于：所述CFRP防护层与第一固定箱和第二固定箱采用胶结固定。
7.根据权利要求1所述的用于增强现有建筑物抗空中近场爆炸能力的防护装置，其特征在于：所述第一固定箱和第二固定箱采用胶接或焊接固定在一起。
8.根据权利要求1所述的用于增强现有建筑物抗空中近场爆炸能力的防护装置，其特征在于：所述拼接外框由轻质钢板或防锈合金材料制成。
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