JP2020506312A - Protection system to protect buildings from aircraft crash - Google Patents
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Abstract
本発明は、建物壁(24)の前に建物壁(24)に対して距離を置いて設けられた、互いに連結された梁(1〜5)からなる3次元の保護格子(22)を備えた、航空機墜落および同様の高エネルギーを伴う落下から建物を保護する保護システム(20)に関する。本発明の課題は、ボーイング747型機、またはエアバスA380型機のような重量のある4発機航空機の衝突によっても、保護システムによって保護された建物の完全性が損なわれないように、この種の保護システムを設計することである。本発明によれば、この課題は、保護格子(22)が塑性変形可能な複数のエネルギー吸収要素(32)を介して、建物壁(24)に支持されることによって解決される。The invention comprises a three-dimensional protective grid (22) consisting of interconnected beams (1-5), provided in front of the building wall (24) at a distance from the building wall (24). It also relates to a protection system (20) for protecting buildings from aircraft crashes and similar high energy falls. It is an object of the present invention to ensure that the impact of a heavy four-engine aircraft such as a Boeing 747 or Airbus A380 aircraft does not compromise the integrity of the building protected by the protection system. Is to design a protection system. According to the invention, this problem is solved by the fact that the protective grid (22) is supported on the building wall (24) via a plurality of plastically deformable energy absorbing elements (32).
Description
本発明は、請求項1の前提部にかかる、航空機墜落および大型の物体の同様の高エネルギーを伴う落下から建物を保護する保護システムに関する。 The invention relates to a protection system according to the preamble of claim 1 for protecting buildings from aircraft crashes and similar high-energy falls of large objects.
この種の保護システムは、ホッホティーフ・コンストラクション・アーゲー(HOCHTIEF Construction AG)の特許文献1から知られている。そこでは、衝突する飛行物体から建物を保護するために、建物の外殻から距離を置いて保護カバーが設けられて、保護カバーは格子カバーとして形成され、格子カバーの格子バーは少なくとも部分的に鋼鉄製であり、保護カバーは自己支持型の支持構造として形成され、保護カバーは建物の外殻と連結されていないか、または支持要素を介して建物の外殻と連結されていない。 A protection system of this kind is known from U.S. Pat. No. 5,059,059 to Hochtief Construction AG. There, a protective cover is provided at a distance from the building shell to protect the building from colliding flying objects, the protective cover is formed as a lattice cover, and the lattice bar of the lattice cover is at least partially Made of steel, the protective cover is formed as a self-supporting support structure, and the protective cover is not connected to the building shell or connected to the building shell via support elements.
本発明の課題は、ボーイング747型機、またはエアバスA380型機のような重量のある4発機航空機の衝突によっても、保護システムによって保護された建物の完全性が損なわれないように、冒頭に述べた種類の保護システムを開発することである。 It is an object of the present invention to ensure that the impact of a heavy four-engine aircraft such as a Boeing 747 or Airbus A380 aircraft does not compromise the integrity of the building protected by the protection system. Develop a protection system of the kind mentioned.
この課題は、本発明によれば、請求項1の特徴を有する保護システムによって解決される。 This object is achieved according to the invention by a protection system having the features of claim 1.
それによれば、本発明の本質的な点は、保護格子が塑性変形可能な複数のエネルギー吸収要素を介して、有利にはそのような要素のみを介して、建物壁に支持されることである。さらに、好ましくは支持部が底部に設けられている。 According to it, an essential point of the invention is that the protective grid is supported on the building wall via a plurality of plastically deformable energy-absorbing elements, advantageously only via such elements. . Furthermore, preferably a support is provided at the bottom.
本発明は、特許文献1に開示されている技術的教示に反して、衝突荷重をより良好に分散させるために、保護格子を建物壁において支持することが非常に望ましいという考察を前提としている。つまり、本発明の範囲において認められるように、これらの荷重の一部は、建物の構造が壊滅的な損傷を受けることなく荷重に耐え、または許容する程度に、完全に保護されるべき建物自体によって吸収されることができ、また吸収されるべきである。この目的のために、建物壁への力、圧力、および変形エネルギーの伝達は、減衰された方法で、エネルギーおよび振動吸収(減衰)要素を用いて行われる。 The present invention presupposes the consideration that, contrary to the technical teachings disclosed in Patent Document 1, it is highly desirable to support the protective grid on the building wall in order to better distribute the collision load. That is, as will be appreciated within the scope of the present invention, some of these loads will be completely protected to the extent that the building structure must withstand or tolerate the loads without catastrophic damage. Can and should be absorbed by For this purpose, the transfer of force, pressure and deformation energy to the building walls is performed in a damped manner, using energy and vibration absorbing (damping) elements.
好ましくは、複数のエネルギー吸収要素はそれぞれ鋼鉄製のパイプを含み、このパイプは、航空機の衝突時に保護格子に伝達される力について、少なくとも大部分がパイプに対し半径方向に作用し、パイプが断面で見て圧潰されるように、保護格子と建物壁との間に配置されている。つまり、荷重がかかる場合に長手方向に弾性的に圧縮されるように取り付けられている通常の円筒形緩衝器とは対照的に、ここではパイプの円周に対し半径方向に作用する力によって、主に塑性の非線形変形が行われる。エネルギー散逸率を増加させるため、パイプは、パイプ内部に交差した鋼板からなるコア、または内部構造物を有することができる。 Preferably, the plurality of energy-absorbing elements each comprise a steel pipe, which acts at least largely radially on the pipe for the forces transmitted to the protective grid in the event of an aircraft collision, wherein the pipe has a cross-section. It is located between the protective grate and the building wall so that it is crushed as seen in. That is, in contrast to a normal cylindrical shock absorber, which is mounted to be elastically compressed in the longitudinal direction when a load is applied, here, by a force acting radially on the circumference of the pipe, Mainly plastic nonlinear deformation occurs. To increase the energy dissipation rate, the pipe may have a core or internal structure consisting of steel plates crossed inside the pipe.
数値シミュレーションにより、前述したエネルギー吸収要素が、本発明にかかる保護システムによる全エネルギー散逸率の最大60%にまで決定的な寄与をもたらし、衝突に起因する建物内の振動を著しく最小化することが証明できた。 Numerical simulations show that the energy-absorbing element described above provides a decisive contribution to up to 60% of the total energy dissipation rate by the protection system according to the invention, and significantly minimizes vibrations in the building due to collisions. I could prove it.
好ましくは、保護格子は、建物壁に平行に配置され、鋼鉄製の梁から形成された内側格子面と、内側格子面に平行に配置され、鋼鉄製の梁から形成された外側格子面とを含み、内側格子面と外側格子面とは、鋼鉄製の梁によって互いに連結されている。 Preferably, the protective grid is arranged parallel to the building wall and comprises an inner grid surface formed from steel beams and an outer grid surface arranged parallel to the inner grid surface and formed from steel beams. Including, the inner grid surface and the outer grid surface are connected to each other by steel beams.
有利な構成では、内側格子面および外側格子面の両方が規則的な矩形の格子を含み、その単位セルは同一の寸法を有し、少なくとも格子の主方向において、格子定数の半分だけ互いにずれている。ここで有利には、内側格子面と外側格子面とは、それぞれ1つの格子面の結合点から他の格子面の結合点まで延びている斜め梁によって互いに連結されている。 In an advantageous configuration, both the inner and outer lattice planes comprise a regular rectangular lattice, the unit cells of which have the same dimensions and are offset from each other by at least half of the lattice constant, at least in the main direction of the lattice. I have. Here, the inner and outer lattice planes are preferably connected to one another by diagonal beams, each extending from the junction of one lattice plane to the junction of the other lattice plane.
さらに好ましい構成は、従属請求項、および以下の詳細な説明から明らかになる。 Further preferred configurations are evident from the dependent claims and the following detailed description.
以下に、本発明の実施例を添付の図面を参照して説明する。図は簡易化した概略図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The figure is a simplified schematic diagram.
全ての図において、同一、または同等の作用を有する部材は同一の参照符号を付する。 In all the drawings, members having the same or equivalent functions are denoted by the same reference numerals.
図に示されている保護格子22を有する保護システム20は、建物壁24または建物外殻の他の部分の前に保護カバーの様式で設置され、飛行機の衝突、または攻撃、爆発、暴風等によるロケット、部品もしくは破片の同様の高エネルギーを伴う広範囲の落下からこれらを保護する。
The
保護格子22は、互いに連結された、特に溶接された(鋼鉄製の)梁、支柱または格子バーから形成され、内側格子面E1とも呼ばれる建物壁に面する第1の格子面と、外側格子面E2とも呼ばれる建物壁の反対側の第2の格子面とを含む。2つの格子面E1、E2のそれぞれは、互いに連結された縦梁および横梁によって形成されており、これらは好ましくは規則的な面格子状に広がる。2つの格子面E1、E2は、それらの間に配置された梁、特に斜め梁によって互いに連結されているため、全体で3次元空間格子が実現されている。
The
ここに示す例では、建物壁24の保護されるべき部分は、底部26上方の垂直面に広がると考えられる。内側格子面E1は、隙間幅(=距離)aを有するスペースまたは隙間28を形成して、建物壁24と平行に配置されている。外側格子面E2も同様に建物壁24と平行に配置され、ひいては内側格子面E1と平行に配置されている。したがって、2つの格子面E1、E2は、距離bを空けて互いに離間された垂直面を形成する。
In the example shown here, the portion of the
外側格子面E2は、既に述べたように、交差点または結合点30において互いに連結されている複数の縦梁および横梁によって実現されている。この例では、垂直梁1と水平梁3である。垂直梁1は、一定の距離dで柱のように配置され、その名称通り垂直に整列されている。垂直梁1に対し垂直に延在する水平梁3は、その名称通り互いに一定の距離hで水平に整列されており、異なる高さに配置されている。有利には、水平梁3と垂直梁1とは各交差点または結合点30において固定して連結され、特に溶接されている。したがって、全体として規則的な矩形格子が実現され、その単位セルは幅dおよび高さhを有する。
The outer lattice plane E2 is realized by a plurality of longitudinal beams and cross beams that are connected to each other at intersections or
内側格子面E1は、外側格子面E2と同様に構成されている。従って、内側格子面E1は同様に垂直梁2および水平梁3'からなる規則的な矩形格子を形成し、その単位セルは好ましくは外側格子面E2の単位セルと同じ幅dおよび高さhを有する。2つの格子面間の距離、すなわち保護格子22の幅または深さはbで示される。
The inner lattice plane E1 is configured similarly to the outer lattice plane E2. Thus, the inner lattice plane E1 likewise forms a regular rectangular lattice composed of
2つの格子面E1、E2は、好ましくは、前方からの平面視で完全に一致して前後に配置されているのではなく、水平方向、すなわち水平梁3、3'の長手方向に、有利には半分の格子幅d/2分ずれているか、または変位している。したがって、外側格子面E2の結合点は、投影図で内側格子面E1の2つの結合点の中間に位置する。これに対し垂直方向では、外側格子面E2のそれぞれ1つの水平梁3に対し、内側格子面E1の同じ高さに位置する1つの水平梁3'が対応付けられるように、2つの格子面E1、E2は互いにずれていないことが好ましい。この実施形態は、垂直格子面E1とE2との間に水平面を形成し、これを床面として使用可能である。別の実施形態では、図1に示すように、格子面E1、E2は半分の階高h/2分ずれており、これにより垂直格子面がさらに圧縮される。
The two lattice planes E1, E2 are preferably not arranged exactly in front of each other in plan view from the front, but rather in the horizontal direction, ie in the longitudinal direction of the
2つの格子面E1、E2は、既に述べたように、有利には斜め梁4、5として実現される追加の梁によって互いに連結されており、有利には格子面E1、E2の結合点で、特に溶接によって接合されている。
As already mentioned, the two grid surfaces E1, E2 are connected to one another by additional beams, which are preferably realized as
具体的には、この実施例においては、格子面端部に配置されているいくつかの結合点を除いて、外側格子面E2の各結合点から4つの斜め梁4、5が、内側格子面E1のそれぞれ対応付けられた結合点に延びている。4つの斜め梁のうちの2つ、すなわち符号4の梁は水平面内に位置し、内側格子面E1の同じ高さの隣に位置する2つの結合点まで延びている。4つの斜め梁のうちの他の2つ、すなわち符号5の梁は、前述の結合点の下方に配置された内側格子面E1の結合点に対して空間的に対角線方向に、すなわち斜め下方向に延びている(あるいは、それらは斜め上方向に延びてもよいし、または上述の4つの斜め梁に加えて、斜め上方向に延びる2つの斜め梁があってもよい)。これにより、4つの斜め梁4、5は、2つの格子面E1、E2の相互のずれに合わせて、外側格子面E2のそれぞれの結合点から開始してほぼ星形またはピラミッド形に展開し、内側格子面E1に連結する。内側格子面の結合点から見た場合、鏡像配置となる。上から見た場合(図3)、三角形の区画が見られる。端部側の結合点からは、端部の位置に基づいて適宜4つ未満の斜め梁が開始する。
Specifically, in this embodiment, four
図3の保護格子22を上から見た平面図から明らかなように。外側格子面E2の垂直梁1は好ましくは全て水平梁3の同じ側に、すなわち好ましくは内側に配置されており、つまり建物壁24へ向けられている。垂直梁2が水平梁3'の内側に配置されている内側格子面E1についても同様である。
As is apparent from a plan view of the
垂直梁1、2は、有利には一体型であり、すなわち1つの部材から生成され、好ましくは二重T字形状の断面、あるいは矩形の断面を有する。水平梁3、3'および斜め梁4、5についても同様である
The
梁は、それらの断面幅Bおよび断面高さHに関して、有利には以下の寸法に定められている。
1、2 垂直梁 B/H=500−1000/500−1000mm
3、3' 水平梁 B/H=500−1000/500−1000mm
4 斜め梁(水平) B/H=400−800/400−800mm
5 斜め梁(対角) B/H=400−800/400−800+mm
The beams are preferably dimensioned with respect to their section width B and section height H as follows:
1,2 vertical beam B / H = 500-1000 / 500-1000mm
3,3 'horizontal beam B / H = 500-1000 / 500-1000mm
4 Diagonal beam (horizontal) B / H = 400-800 / 400-800 mm
5 Diagonal beam (diagonal) B / H = 400-800 / 400-800 + mm
梁の有利な材料は、高い延性および塑性変形能力を有する鋼鉄種である。 An advantageous material for the beam is a steel species with high ductility and plastic deformation capacity.
保護格子22の構造寸法は、有利には以下の通りである。
垂直梁間の距離 d=10−15m
水平梁間の距離 h=5−10m
保護格子の幅 b=10−15m
保護格子の建物壁からの距離 a=0.3−2.0m
The structural dimensions of the
Distance between vertical beams d = 10-15m
Distance between horizontal beams h = 5-10m
Protective grid width b = 10-15m
Distance of the protective grid from the building wall a = 0.3-2.0m
保護格子22の全体の高さおよび幅は、保護されるべき建物または建物部分の寸法に適合されている。
The overall height and width of the
保護格子22は、有利には自立的に実施され、好ましくは少なくともいくつかの、有利には全ての垂直梁1、2によって底部26で支持される。加えて、垂直梁1、2は適切な方法で底部26に係止され、基盤上に設置される。したがって、垂直梁1、2は柱または支柱とも呼ばれる
The
さらに、保護格子22は、複数の衝突もしくはエネルギー吸収要素32、またはダンパを介して建物壁24に連結されている。これらのエネルギー吸収要素24は、有利には、物体が保護格子22に衝突した際に、前方(実質的に図1の矢印IIの方向における衝突方向)からその長手方向軸に対して垂直に、すなわち断面で見て半径方向34に圧縮または圧潰され、かつ塑性変形するように保護格子22と建物壁24との間に配置された、鋼鉄製のパイプ6または中空円筒である。
Further, the
有利な取付変形例では、それぞれのパイプ6は、内側格子面E1の建物壁24に向けられた垂直梁2と、建物壁24との間に、すなわちそれらの間にある隙間28に配置されている。したがって、パイプ径Dは最大で隙間幅aと同じ大きさである。パイプ6の長手方向軸は有利には垂直であり、すなわち垂直梁2に対して平行に配置されている。有利には、パイプ6は、一方で対応付けられた垂直梁2に対して外周が固定して連結され、特に溶接され、他方で建物壁24に立て掛けられている。この時、パイプ6は、エネルギー吸収(連結)要素、保持部/固定部/懸架部/支持部、または保護格子22と建物壁24との間の支承部を表す。
In an advantageous mounting variant, each
あるいは、建物壁24とパイプ6との間に隙間があってもよい。後者の場合には、エネルギー吸収支承部に代えて、単にエネルギー吸収要素について述べる方が適切である。
Alternatively, there may be a gap between the
しかし、エネルギー吸収パイプ6が、例えば内側格子面E1の水平梁3'に固定されているその他の取付変形例も可能である。さらに、内側格子面E1と建物壁24との間の隙間28内に配置された、平行に整列され互いに当接した複数のパイプを備える一種の連続配置または直列配置を実現することができる。必要なパイプの長さおよび配置構成は、エネルギー吸収需要量、および(予想される)衝突時の衝撃に依存する。
However, other mounting variants are also possible in which the
それぞれのパイプ6におけるエネルギー吸収能力を増加させるために、好ましくは塑性変形可能なコア36が配置され、これは有利には十字溶接した鋼板からなる。図4の断面図では、コア36はパイプ円周内に十字を形成し、この十字の中心がパイプ6の長手方向軸と一致する。コア36は、有利にはパイプ6内にのみ挟持され、他の方法でパイプ内壁に固定されない。
In order to increase the energy absorption capacity in each
エネルギー吸収要素として使用されるパイプ6の有利な寸法は以下の通りである。
パイプ径 D=300−1000mm
壁厚 t=10−25+mm
コア内のプレート厚さ T=10−50mm
Advantageous dimensions of the
Pipe diameter D = 300-1000mm
Wall thickness t = 10-25 + mm
Plate thickness in core T = 10-50mm
この寸法表示、および前述の寸法表示は、航空機墜落、特に4発機旅客機の墜落から原子力発電所の建物を保護するための要件に合わせられており、数値シミュレーションにおいて正当性が証明された。寸法は、個々のケースで要件によって異なる。 This dimensional marking, and the dimensional markings described above, are tailored to the requirements for protecting the building of a nuclear power plant from aircraft crashes, particularly crashes of four-engine passenger aircraft, and have been validated in numerical simulations. The dimensions differ in each case depending on the requirements.
パイプ6およびコア36の有利な材料は、高い延性および塑性変形能力を有する鋼鉄種である。
An advantageous material for the
基盤に係止することによって、物体の衝突または落下時に保護格子22上/保護格子22内に吸収されたエネルギーの一部は、ボトム支承部を介して伝導される。エネルギーの他の一部は、保護格子22自体の塑性変形によって吸収され、より大きい衝突面に分散される。さらに、エネルギーの大部分は、衝突時に非線形変形したエネルギー吸収要素32によって吸収され、ごく一部のみが、大幅に減少した形で建物に伝達される。これにより、保護されるべき建物へのエネルギー伝達が許容レベルにまで減少する。これにより、建物には構造的な過負荷がかからず、衝突による振動・震動が許容程度に制限される。最終的に、衝突物体は保護格子22によって複数の小さな破片に分解され、異なる方向に偏向され、減速された速度で建物壁24の異なる箇所に当たる。
By locking to the base, part of the energy absorbed on / in the
最後に、本構成の特別な利点は、建物全体を再建設する必要がなく、空間的に建物壁24または建物外殻の特に保護が必要な部分、または敏感な部分に保護カバーを限定できる点である。
Finally, a special advantage of the present arrangement is that it does not require rebuilding the entire building, and the protective cover can be spatially limited to those parts of the
これまでに説明した構成の有利な変形例では、底部を支持することなく、専らエネルギー吸収要素32を介して保護格子22を建物壁24に支持することができ、これは例えば天井部分の保護に有益である。室内の保護格子22の位置および向きは、当然ながら取付状況に適合することができる。すなわち、「垂直梁」および「水平梁」は、室内においては、前述の説明および本明細書で使用される符号が示唆するものとは異なるように整列される。
In an advantageous variant of the previously described arrangement, without supporting the bottom, the
最後に、保護格子22はその形状が、建物の外側輪郭、例えばドーム型発電所建屋の円形または他の方法で湾曲した外周に従うことが考えられる。これは有利には、一部が直線状の部分に、上述のような湾曲箇所が介在することによって実現される。
Finally, it is conceivable that the shape of the
上記の説明で鋼鉄について言及されている限りでは、これは、当該構成要素が少なくとも部分的に鋼鉄製であることを意味する。鋼鉄および他の材料からなる複合材料は、これに明確に含まれる。 To the extent the description above refers to steel, this means that the component is at least partially made of steel. Composite materials consisting of steel and other materials are explicitly included in this.
特に重要な適用分野は、原子力発電所もしくはその他の原子力施設の発電所建屋または建物外殻の保護である。当然ながら、産業設備または軍事物体を航空機墜落等から保護するための、その他の多様な用途も可能である。 A particularly important field of application is the protection of power plant buildings or building shells of nuclear power plants or other nuclear facilities. Of course, a wide variety of other uses are also possible for protecting industrial equipment or military objects from aircraft crashes and the like.
1…垂直梁、2…垂直梁、3…水平梁、3'…水平梁、4…斜め梁、5…斜め梁,6…パイプ,20…保護システム、22…保護格子、24…建物壁、26…底部、28…隙間、30…結合点、32…エネルギー吸収要素、34…半径方向、36…コア、E1…内側格子面、E2…外側格子面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vertical beam, 2 ... Vertical beam, 3 ... Horizontal beam, 3 '... Horizontal beam, 4 ... Diagonal beam, 5 ... Diagonal beam, 6 ... Pipe, 20 ... Protection system, 22 ... Protection grid, 24 ... Building wall, 26 bottom, 28 gap, 30 joining point, 32 energy absorbing element, 34 radial direction, 36 core, E1 inner lattice plane, E2 outer lattice plane
Claims (12)
前記保護格子(22)は、塑性変形可能な複数のエネルギー吸収要素(32)を介して前記建物壁(24)に支持され、
前記エネルギー吸収要素(32)は鋼鉄(6)製のパイプを含み、
航空機の衝突時に前記保護格子(22)に伝達される力の少なくとも大部分が前記パイプ(6)に対して半径方向(34)に作用して、前記パイプ(6)の断面が圧潰されるように、前記パイプ(6)が、前記保護格子(22)と前記建物壁(24)との間に配置されていることを特徴とする保護システム。 An aircraft crash and a three-dimensional protective grid (22) comprising beams (1-5) connected to each other at a distance in front of the building wall (24) and connected to each other; A protection system (20) for protecting buildings from similar high energy falls,
The protective grid (22) is supported on the building wall (24) via a plurality of plastically deformable energy absorbing elements (32);
Said energy absorbing element (32) comprises a pipe made of steel (6);
At least a majority of the force transmitted to the protection grid (22) during an aircraft collision acts on the pipe (6) in a radial direction (34) so that the cross section of the pipe (6) is crushed. A protection system, characterized in that the pipe (6) is arranged between the protection grid (22) and the building wall (24).
The protection system (20) according to any of the preceding claims, wherein the distance (a) of the protection grid (22) from the building wall (24) is in the range of 0.3 to 2.0 m. .
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