CN214169138U - 一种矢量型成层式防护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于防护工程技术领域，具体涉及一种矢量型成层式防护结构，其由上至下依次包括覆土层、遮弹层、分配层、结构层和卸载导引层；主体结构设置在分配层和卸载导引层之间，遮弹层阻止弹体向下侵彻，分配层通过其结构特征衰减爆炸荷载传递到所述主体结构上的应力波；主体结构为人员和物资设备提供空间；卸载导引层支撑主体结构并且在爆炸载荷作用下引导主体结构进行可控整体向下运动。本实用新型使得主体结构能够在卸载导引层的作用下实现竖直方向上的整体向下运动以减小主体结构的动力响应，有效解决了肥梁胖柱的不合理工程和因钢筋密度太大节点质量难以保证的现实问题，为抵御大当量高抗力工程的建造提供了技术支撑。

Description

一种矢量型成层式防护结构

技术领域

本实用新型属于防护工程技术领域，具体而言，本实用新型涉及一种矢量型成层式防护结构。

背景技术

成层式防护结构能够抵御武器爆炸所产生的破坏效应，是保护人员、物资以及设备等的主要技术手段之一。从上至下一般为遮弹层、分配层和主体结构。遮弹层采用块石或混凝土结构，分配层采用砂土，主体结构一般采用钢筋混凝土结构。

对于浅埋防护结构，武器直接命中情况下竖直方向爆炸荷载对主体结构破坏是致命的，也是需要重点防护的。随着强敌进攻性武器威力越来越大，对抗爆结构的抗力要求越来越高。

现有技术中的浅埋防护结构与基础为刚性连接，主体结构无法实现运动以卸载爆炸能量，仅依靠主体结构件抵抗爆炸荷载，造成抗爆结构粗大笨重并且设计时往往要求配筋率较高，给现场浇筑混凝土带来困难，导致施工质量难以保证。若采用超高性能混凝土、纤维增强混凝土等材料，同样存在现场施工困难，难以保证工程质量的问题。

因此期望提出一种新的防护结构，其能够对主体结构形成更为高效的防护效果，并且能够有效地降低现场施工的难度；同时其能够重点考虑到竖直方向爆炸荷载对浅埋结构所带来巨大的破坏作用。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种矢量型成层式防护结构，其中主体结构设置在分配层和卸载导引层之间，所述覆土层的顶部为地面，所述覆土层用于防侦查监视；所述遮弹层位于所述覆土层的下方，用于阻止弹体向下侵彻；所述主体结构位于所述遮弹层的下方，用于为人员和物资设备提供空间；所述卸载导引层位于所述主体结构的下方，用于引导所述主体结构在爆炸荷载作用下可控整体平动。与固定基础结构的浅埋防护结构相比，本实用新型的分配层将爆炸荷载的作用分散至较大面积的同时，削弱爆炸引起的震塌作用，对支撑结构有良好的减震作用，减小了传播到主体结构上的爆炸荷载，保护其下的主体结构，同时本实用新型中在主体结构之下设置了卸载导引层，所述卸载导引层可以是弹性层，其解决了现有的浅埋抗爆结构与基础均为刚性连接，主体结构无法实现运动以卸载爆炸能量，仅能依靠主体结构件的变形消耗爆炸能量的问题。本实用新型中对卸载导引层的承力进行了限制，其极限承载力为其上部主体结构、分配层、遮弹层以及覆土层自重之和的1.2倍-2倍。根据本实用新型的优选实施例，通过空壳泡沫陶瓷球变形破碎引导主体结构产生的向下平动，增大了介质与结构相互作用效果，减小了结构上荷载峰值，提高了结构抗力。综上所述，本实用新型的主体结构能够在卸载导引层的作用下，实现竖直方向上的整体沉降，其将传统中的“拳击式”硬抗转变为根据本实用新型的“太极式”防护结构以破解爆炸荷载，通过主体结构刚体运动减小主体结构的动力响应，克服了传统抗爆结构单纯依靠增加断面尺寸或钢筋密度提高抗爆能力的局限，有效解决了肥梁胖柱的不合理工程和因钢筋密度太大节点质量难以保证的现实问题，为抵御大当量高抗力工程的建造提供了技术支撑。

本实用新型的技术方案如下：

一种矢量型成层式防护结构，其包括：覆土层、遮弹层、分配层和卸载导引层；主体结构位于所述分配层和所述卸载导引层之间，所述覆土层设置在遮弹层的上方；所述遮弹层位于所述覆土层的下方以阻止弹体侵彻；所述分配层设置在所述遮弹层下方，所述分配层衰减所述遮弹层中爆炸所产生的应力波；所述主体结构为框架结构，所述主体结构抵御爆炸荷载并为人员和物资设备提供空间；所述卸载导引层位于所述主体结构的下方，所述卸载导引层为空壳泡沫陶瓷球沥青复合材料板，所述卸载导引层的极限承载力为上部主体结构、分配层、遮弹层以及覆土层自重之和的1.2倍-2倍；所述卸载导引层引导所述主体结构在爆炸荷载作用下实现可控整体向下平动。

优选地，所述分配层为砂土分配层。

优选地，所述卸载导引层包括高粘弹沥青和空壳泡沫陶瓷球，多个空壳泡沫陶瓷球均匀分布在高粘弹沥青层内。

优选地，所述空壳泡沫陶瓷球外径为150～200mm，内径为75～100mm，泡沫孔径0.2～0.4mm，孔隙率为60～80％，密度为1600～1800kg/m³，抗压强度为10～15MPa；沥青密度950～1050kg/m³，损耗因子大于0.5。

优选地，所述主体结构为钢筋混凝土结构、钢结构和/或玻璃钢结构。

优选地，所述主体结构的侧壁外表面设有缓冲层以减小地基对主体结构的侧壁的压力，便于主体结构在承受爆炸荷载时整体沉降。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的矢量型成层式防护结构，其由上至下依次包括覆土层、遮弹层、分配层和卸载导引层；主体结构设置在分配层和卸载导引层之间，遮弹层阻止弹体向下侵彻后，将爆炸载荷传递至分配层，通过分配层的结构特征衰减爆炸荷载传递到所述主体结构上的应力波。其中，卸载导引层支撑主体结构并且在爆炸载荷作用下引导主体结构进行可控整体向下运动，即实现主体结构竖直方向上的整体沉降，由“拳击式”硬抗变为“太极式”破解爆炸荷载，大大减小主体结构的动力响应，提高主体结构的抗力，同时本实用新型能够有效减少主体结构的埋藏深度、降低施工难度、节约材料成本。

附图说明

图1为根据本实用新型的矢量型成层式防护结构的结构示意图。

图2是根据本实用新型第一实施例的矢量型成层式防护结构中的高粘弹沥青层和空壳泡沫陶瓷球的连接示意图。

图3为本实用新型二实施例的矢量型成层式防护结构中钢丝绳隔振器层的结构示意图。

图4为本实用新型第二实施例的矢量型成层式防护结构中的钢丝绳隔振层中的各钢丝绳隔振器的结构示意图。

图5为根据本实用新型的矢量型成层式防护结构的卸载导引层采用弹簧的示意图。

其中：1-覆土层；2-遮弹层；3-分配层；4-主体结构；5-卸载导引层；6- 钢丝绳隔振器层；7-第一连接部；8-隔振部；9-第二连接部；10-初始支撑部； 14-高粘弹沥青层；15-空壳泡沫陶瓷球。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细说明。

图1中示出了根据本实用新型的矢量型成层式防护结构，其由上至下依次包括覆土层、遮弹层、分配层和卸载导引层；主体结构设置在分配层和卸载导引层之间，遮弹层阻止弹体向下侵彻，将爆炸载荷传递至分配层，通过分配层的结构将爆炸荷载分散至更大的面积上，以衰减爆炸荷载传递到所述主体结构上的应力波；主体结构为人员和物资设备提供空间；卸载导引层支撑主体结构并且在爆炸载荷作用下引导主体结构进行可控整体向下运动。

优选地，所述覆土层在最上层，其在遮弹层配置完成后，采用回填材料，例如，回填土进行回填，以便达到防侦察监视的功能。

优选地，所述覆土层1的顶部可以是地面；但是根据具体的实用场合，所述覆土层上还可以包括其他伪装物，例如，所述覆土层顶部设有砂石或植被。

优选地，覆土层的厚度为0.3m～0.5m。

优选地，所述遮弹层包括浆砌块石和/或钢筋混凝土，以阻止弹体向下侵彻。采用浆砌块石时，块石选用完整性好，尺寸和所抵御弹体直径相当的岩石。择一地，采用钢筋混凝土时，混凝土标号C60以上，钢筋采用三级钢以上，钢筋直径Φ10mm，间距50mm×50mm。

优选地，根据爆炸荷载量级，所述分配层为闭孔多孔隙层，例如，所述分配层可采用聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、泡沫混凝土。

更进一步地，所述分配层的孔隙率在60％-85％之间，以便高效衰减应力波，优选地，所述分配层的孔隙率在70％以上，且所述分配层的厚度≥0.5m，以便更为高效地衰减应力波，所述分配层对其上层的遮弹层的爆炸荷载峰值衰减效果要达到60％以上。优选地，所述分配层的厚度在0.5m-1m之间。

所述主体结构在所述分配层下方，所述主体结构可采用钢筋混凝土结构、钢结构或其他结构形式，所述主体结构为人员物资设备提供空间，并能抵抗爆炸破坏作用。通过设置分配层和卸载层，可有效降低对主体结构的承载力的要求，例如，本实用新型中的所述主体结构的承载力为现有设计中无分配层和卸载导引层的防护结构中所涉及的主体结构的承载力的60％-70％。

所述主体结构在所述分配层的下方，其可采用钢筋混凝土结构、钢结构或其他结构形式，为人员物资设备提供空间，并抵抗爆炸破坏作用。

优选地，所述主体结构为钢筋混凝土结构，所述闭合框架可以是单层或多层，所述闭合框架为单跨、双跨或多跨。

优选地，所述主体结构的侧壁外表面设有缓冲层，用于减小地基对所述主体结构的侧壁的压力。

卸载导引层5位于主体结构4的下方，所述卸载导引层为弹性层，其能支撑整个复合结构的自重荷载；并且在爆炸荷载作用下，卸载导引层可快速向下变形，引导主体结构4在爆炸荷载作用下实现可控整体平动，即，竖直方向整体上下平移或沉降，实现矢量化防护。

优选地，所述卸载导引层可采用高弹性材料，例如，橡胶、聚氨酯。并列地，所述卸载导引层可采用弹簧和/或钢丝绳隔振器。如图5所示，卸载导引层为弹簧层11，所述弹簧层包括多个弹簧12。可选地，所述卸载导引层为空壳泡沫陶瓷球高粘弹沥青复合结构，其能支撑整个复合结构自重等荷载，并且在爆炸荷载作用下，卸载导引层可快速向下变形，引发主体结构产生沿爆炸荷载方向的运动。具体地，当卸载导引层5采用聚乙烯泡沫，孔隙率85％，厚度0.6m，要求衰减应力波70％以上。

具体而言，本实用新型的矢量型成层式防护结构在遭遇爆炸荷载时，爆炸荷载依次由遮弹层2、分配层3传递到主体结构4上，主体结构4能够在卸载导引层5的作用下实现竖直方向上的主体结构的上下运动，即整体沉降，进而由现有技术的硬抗爆炸荷载转变为转移、卸载爆炸荷载，主体结构4整体向下平动，能够深化介质，例如，覆土层1、遮弹层2、分配层3、卸载导引层5，与主体结构4的相互作用效果，减小主体结构4上的荷载峰值，提高主体结构4的抗力。这相当于在遭遇爆炸荷载时，本实用新型的主体结构 4由现有的“对抗式”硬抗变为“规避式”破解爆炸荷载，能够减小主体结构4的动力响应，减小爆炸对主体结构4的破坏效应，在同等抗爆性能的前提下相对于现有技术而言能够减小主体结构4的埋藏深度、降低施工难度、节约材料成本。

如图1所示，在爆炸荷载经过分配层3时，强度被分配层3大幅衰减，进而能够减小传递到主体结构4上的荷载。

具体地，如图1所示，在本实用新型中，所述分配层在所述遮弹层的下方，分配层3为闭孔多孔隙结构，其孔隙率在70％以上，厚度在0.5m以上，以高效衰减应力波。

第二实施例

图3和图4所示，在本实用新型中，卸载导引层5为钢丝绳隔振器层6，其包括均匀布置在主体结构4与地基之间的钢丝绳隔振器；钢丝绳隔振器包括第一连接部7、第二连接部9和隔振部8，第一连接部和第二连接部均设置有均匀分布的孔，所述隔振部8通过第一连接部上的第一孔后，从第二连接部上的第二孔伸出，然后从第二孔的伸出侧进入第一连接件的第一孔，依次操作，直至隔振部设置在第一连接部和第二连接部的整个长度方向上。所述第一连接件和第二连接件上均设置有连接孔。

优选地，考虑到钢丝绳的硬度，第一连接部和第二连接部均设置成分体式结构。第一连接件包括第一连接件第一层和第一连接件的第二层，所述第一连接件第一层为上层板，所述第一连接件第二层为下层板，所述第一连接件第一层的下表面设置有开口向下的第一槽，所述第一连接件第二层的上表面设置开口向上的第二槽，第一槽和第二槽配合形成隔振部第一容纳槽。优选地，所述隔振部第一容纳槽的截面与所述隔振部的截面相匹配，实际使用中，所述隔振部第一容纳槽的截面尺寸大于所述钢丝绳隔振器的截面尺寸。

所述各隔振部第一容纳槽的中心线与所述第一连接件的长度方向之间具有夹角，所述隔振部第一容纳槽与所述第一连接件的长度方向不垂直。

安装时，将所述隔振部置于第二槽内后，将第一连接件第一层安装至第一连接件第二层上，使得所述隔振部置于所述隔振部第一容纳槽内，通过紧固件将第一连接件第一层和第一连接件第二层进行连接。

第二连接件包括第一层和第二层，所述第二连接件第一层为上层板，所述第二连接件第二层为下层板，所述第二连接件第一层的下表面设置有开口向下的第三槽，所述第二连接件第二层的上表面设置开口向上的第四槽，第三槽和第四槽配合形成隔振部第二容纳槽。优选地，所述第二隔振部容纳槽的截面与所述隔振部的截面相匹配，实际使用中，所述隔振部第二容纳槽的截面尺寸大于所述钢丝绳隔振器的截面尺寸。

所述各隔振部第二容纳槽的中心线与所述第二连接件的长度方向之间具有夹角，所述隔振部第二容纳槽与所述第二连接件的长度方向不垂直。

安装时，将所述隔振部置于第四槽内后，将第二连接件第一层安装至第二连接件第二层上，通过紧固件将第二连接件第一层和第二连接件第二层进行连接。

通过第一连接件、第二连接件与隔振部装配形成钢丝绳隔振器。

第一紧固件，例如，螺栓通过第一连接件上的连接孔将第一连接件与所述主体结构的底部固定连接。第二紧固件，例如，螺栓穿过第二连接件上的连接孔将第二连接件固定至其下方的基础上。所述基础根据具体的现场施工要求进行确定。

优选地，所述隔振部8为钢丝绳，采用钢丝绳进行穿孔后形成螺旋形状，实现隔振部与第一连接部7、第二连接部9的连接。

考虑到，在未承受爆炸荷载的情况下，钢丝绳隔振器由于其上各部分的自重也会造成初始变形，因此，作为优选，第一连接部7、第二连接部9之间还设有多个初始支撑部10，初始支撑部10第一端，即，上端，与第一连接部7相连，初始支撑部的第二端，即下端，与第二连接部9相连。

初始支撑部10吸能失效，钢丝绳隔振器发生弹性形变，支撑主体结构4 的整体沉降。

优选地，根据本实用新型的实施例，卸载导引层可包括多个钢丝绳隔振器，其可以在预设的支撑点处进行支撑，也可以在整个卸载导引层内均匀设置。

值得说明的是，在本实用新型中，主体结构4的结构类型包括但不限于钢筋混凝土结构、钢结构、玻璃钢结构。

本实用新型的分配层位于遮弹层和主体结构之间，能够高效衰减爆炸传递到主体结构上的应力波，进而能够减小传递到主体结构上的荷载。分配层为闭孔多孔隙结构，不仅能够大幅衰减爆炸荷载的强度，还能够封闭分配层的表面，防止液体侵袭，使得分配层在衰减荷载的同时能够起到防水的作用。

本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。

Claims (5)

1.一种矢量型成层式防护结构，其特征在于，其包括：覆土层、遮弹层、分配层和卸载导引层；主体结构位于所述分配层和所述卸载导引层之间，所述覆土层设置在遮弹层的上方；所述遮弹层位于所述覆土层的下方以阻止弹体侵彻；所述分配层设置在所述遮弹层下方，所述分配层衰减所述遮弹层中爆炸所产生的应力波；所述主体结构为框架结构，所述主体结构抵御爆炸荷载并为人员和物资设备提供空间；所述卸载导引层位于所述主体结构的下方，所述卸载导引层为空壳泡沫陶瓷球沥青复合材料板，所述卸载导引层的极限承载力为上部主体结构、分配层、遮弹层以及覆土层自重之和的1.2倍-2倍；所述卸载导引层引导所述主体结构在爆炸荷载作用下实现可控整体向下平动。

2.如权利要求1所述的矢量型成层式防护结构，其特征在于，所述分配层为砂土分配层。

3.如权利要求2所述的矢量型成层式防护结构，其特征在于，所述卸载导引层包括高粘弹沥青和空壳泡沫陶瓷球，多个空壳泡沫陶瓷球均匀分布在高粘弹沥青层内。

4.如权利要求3所述的矢量型成层式防护结构，其特征在于，所述主体结构为钢筋混凝土结构、钢结构和/或玻璃钢结构。

5.如权利要求4所述的矢量型成层式防护结构，其特征在于，所述主体结构的侧壁外表面设有缓冲层以减小地基对主体结构的侧壁的压力，便于主体结构在承受爆炸荷载时整体沉降。

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