抗爆炸冲击的复合防护结构制造技术

本发明专利技术公开了一种抗爆炸冲击的复合防护结构，该结构主要由蜂窝式抗拉层和点阵桁架式抗压层通过焊点和连接键形成的点桁蜂窝式整体式防护结构，并在外层附加泡沫吸能层。该结构对爆炸作用下混凝土防护结构的传力路径进行创新性优化，既能大幅度提高防护结构的抗力等级，提高结构延性；又能约束结构中混凝土碎块的分散，消除类似传统混凝土防护结构的爆炸震塌现象。

Composite protective structure against blast and impact

The invention discloses a composite protective structure against explosive shock. The structure is mainly composed of a honeycomb tensile layer and a lattice truss compressive layer formed by soldering joints and connecting keys, and a spot truss honeycomb integral protective structure is added with a foam energy absorbing layer on the outer layer. The innovative optimization of the transmission path of the concrete protective structure under explosion can not only greatly improve the resistance level of the protective structure and improve the ductility of the structure, but also restrain the dispersion of concrete fragments in the structure and eliminate the explosive collapse phenomenon similar to the traditional concrete protective structure.

【技术实现步骤摘要】
抗爆炸冲击的复合防护结构
本专利技术属于防护工程领域，具体是一种抗爆炸冲击的复合防护结构。
技术介绍
爆炸冲击波是一种强压缩波，在爆炸瞬间，爆炸物质在有限的空间和极短的时间内释放出大量能量，产生的大量高温高压产物迅速挤压周围介质，使介质的压强、密度、温度等物理量迅速突跃上升从而形成冲击波。爆炸冲击波会对结构和人员有很大的伤害，防护结构的作用就是保护建筑和人员的安全，有效降低冲击波峰值超压。现阶段大多数军事建筑无法采用地下防护工程结构，更多的关键建筑物多暴露在地面。然而随着高精度武器的更新换代，地面防护工程随时都面临被多次直接命中的威胁，传统防护结构所暴露出来的缺陷愈专利技术显。如何提高该类型建筑物的防护能力就显得尤为重要，目前常见的防护结构层存在的缺陷主要有以下四类：1、防护层自身无法承重，只能依附于基体层存在。例如采用吸能材料的多层夹芯板结构，质量较轻，抗爆效果良好，但单独的夹芯板难以满足承重要求，同时对静荷载的承载能力较差。2、防护结构难以承受多次爆炸冲击。例如纤维布加固钢筋混凝土板，此类型结构在爆炸荷载作用下，易加剧混凝土保护层的破坏，造成纤维布的脱落而丧失对多次爆炸冲击的防护。3、防护层受爆炸冲击易崩裂而发生二次伤害。为了提高混凝土结构的抗冲击能力，设计人员往往采取加大厚度和提高混凝土强度的方法，防护结构过厚使得现有的大多防护结构容易在遭受爆炸冲击时发生整体开裂以及块体脱落，这些剥落的碎块高速飞行，对防护结构内的人员和设施会带来较大的威胁。4、防护结构自重大且难以快速修复。例如钢纤维钢筋混凝土板结构的抗爆能力较强，但其应用于建筑防护结构往往具有较大的厚度和自重，从而严重限制了其应用范围。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决建筑领域现有防护结构层存在的无法承重、难以承受多次爆炸冲击、受冲击易崩裂发生二次伤害以及防护结构难以快速修复等问题，提出的一种以纤维混凝土为主要承力材质的点桁蜂窝式复合抗爆层结构。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种抗爆炸冲击的复合防护结构，包括吸能层、桁架式抗压层和蜂窝式抗拉层。所述蜂窝式抗拉层包括蜂窝结构，所述蜂窝结构中填充混凝土，形成结构底部模板。所述桁架式抗压层包括桁架结构；所述桁架结构焊接在蜂窝结构上构成整体式模板结构；在蜂窝结构上方浇筑混凝土至桁架结构的顶杆上方15cm高度，形成该结构面层。所述桁架式抗压层的结构面层铺设吸能层。所述吸能层主要作用是吸能缓冲。依靠材料自身的大变形来吸收冲击、爆炸后产生的能量，阻断具有极强破坏作用的冲击波。吸能层的材料可用聚氨酯泡沫、泡沫铝、泡沫混凝土等泡沫材料。厚度可以根据需求定义。桁架式抗压层主要作用是抗压承力，主要承受冲击、爆炸产生的压力波。点阵桁架采用钢筋制作而成，钢筋直径可根据压力波的大小进行选择。点桁结构细部图如图2所示，且点桁结构可随需要调整大小或厚度。所述桁架结构外填充纤维混凝土，该纤维混凝土材料中的纤维采用钢纤维、不锈钢纤维、碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、芳纶纤维中的一种或几种。蜂窝式抗拉层内部填充混凝土，主要作用是抗拉承力和防止结构背部混凝土崩裂造成的二次伤害。所述蜂窝结构中填充细石骨料纤维混凝土，该细石骨料纤维混凝土的细石骨料为天然碎石，粒径范围为8~25mm；纤维采用钢纤维、不锈钢纤维、碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、芳纶纤维中的一种或几种。所述蜂窝结构的蜂窝孔截面形状为正多边形或者不规则多边形，蜂窝孔孔壁厚度为蜂窝单胞边长的1/100至1/10。蜂窝结构的单个胞元结构的外接圆半径r，整体蜂窝结构的厚度L，可根据冲击力度的大小进行自定义。如图1所示，蜂窝结构为两个蜂窝孔和一个蜂窝孔相间排列构成，蜂窝结构的厚度为两个蜂窝孔的高度，蜂窝结构和桁架结构的高度比为1:2~1:5。所述蜂窝结构上表面的每个蜂窝槽中均设置有多个抗剪键，抗剪键的间距为蜂窝单胞边长的2倍至5倍。设置抗剪键用于保证桁架式抗压层和蜂窝式抗拉层之间的双向协同变形。所述蜂窝结构和桁架结构的材料为低碳钢或高延性合金钢。该点桁蜂窝式复合防护结构可以应用于重要建筑物的墙体结构，例如军事相关建筑物的防护，例如军事指挥中心；应用于核电设施、人防工程，使之免遭恐怖袭击中炸弹的破坏。应用于需要防爆的工业建筑，如化工、石油、药品类的在生产、存放过程中有爆炸危险性的厂房，一旦发生爆炸能把人、物损伤降到最低。本专利技术设计合理，该抗爆炸冲击的复合防护结构主要由蜂窝式抗拉层和点阵桁架式抗压层通过焊点并填充混凝土形成点桁蜂窝式整体式防护结构，并在面层附加泡沫吸能层。该结构对爆炸作用下混凝土防护结构的传力路径进行创新性优化，既能大幅度提高防护结构的抗力等级，提高结构延性；又能约束结构中混凝土碎块的分散，消除类似传统混凝土防护结构的爆炸震塌现象。附图说明图1表示本专利技术复合防护结构的截面示意图。图2表示本专利技术复合防护结构中桁架式抗压层和蜂窝式抗拉层的立体结构示意图。图中：1-蜂窝式抗拉层，2-桁架式抗压层，3-吸能层。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施例进行详细说明。根据复合防护结构能够抵御爆炸冲击能量级别的设计要求，并基于爆炸冲击的理论计算和实验测试确定该防护结构的材料、层数以及各层厚度比等参数，并对结构进行优化设计。实施例1一种新型点桁蜂窝式混凝土复合防护结构，包括吸能层3、桁架式抗压层2和蜂窝式抗拉层1。蜂窝式抗拉层1包括蜂窝结构，蜂窝结构中填充混凝土，形成结构底部模板。桁架式抗压层2包括桁架结构；桁架结构焊接在蜂窝结构上构成整体式模板结构；在蜂窝结构上方浇筑混凝土至桁架结构的顶杆上方15cm高度。桁架式抗压层2的结构面层铺设吸能层3。具体实施时，吸能层为泡沫铝材料，厚度为20mm。桁架式抗压层为点阵桁架结构，桁架高度为120mm，钢筋直径为C10，内部填充强度等级为C40的玻璃纤维混凝土。蜂窝式抗拉层为六面体蜂窝结构，厚度（两个胞元高度）为100mm，内部填充强度等级为C30的细石骨料玻璃纤维混凝土。实施例2一种新型点桁蜂窝式混凝土复合防护结构，包括吸能层3、桁架式抗压层2和蜂窝式抗拉层1。蜂窝式抗拉层1包括蜂窝结构，蜂窝结构中填充混凝土，形成结构底部模板。桁架式抗压层2包括桁架结构；桁架结构焊接在蜂窝结构上构成整体式模板结构；在蜂窝结构上方浇筑混凝土至桁架结构的顶杆上方15cm高度。桁架式抗压层2的结构面层铺设吸能层3。具体实施时，吸能层为泡沫混凝土材料，厚度为10mm。桁架式抗压层为点阵桁架结构，桁架高度为150mm，钢筋直径为C22，内部填充强度等级为C60的玄武岩纤维混凝土。蜂窝式抗拉层为六面体蜂窝结构，厚度（两个胞元高度）为120mm，内部填充强度等级为C60的细石骨料钢纤维混凝土。实施例3一种新型点桁蜂窝式混凝土复合防护结构，包括吸能层3、桁架式抗压层2和蜂窝式抗拉层1。蜂窝式抗拉层1包括蜂窝结构，蜂窝结构中填充混凝土，形成结构底部模板。桁架式抗压层2包括桁架结构；桁架结构焊接在蜂窝结构上构成整体式模板结构；在蜂窝结构上方浇筑混凝土至桁架结构的顶杆上方15cm高度。桁架式抗压层2的结构面层铺设吸能层3。具体实施时，吸能层为泡沫混凝土材料，厚度为50mm。桁架式抗压层为点桁结构，点桁高度为3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗爆炸冲击的复合防护结构，其特征在于：包括吸能层（3）、桁架式抗压层（2）和蜂窝式抗拉层（1）；所述蜂窝式抗拉层（1）包括蜂窝结构，所述蜂窝结构中填充混凝土，形成结构底部模板；所述桁架式抗压层（2）包括桁架结构；所述桁架结构焊接在蜂窝结构上构成整体式模板结构；在蜂窝结构上方浇筑混凝土至桁架结构的顶杆上方15cm高度；所述桁架式抗压层（2）的结构面层铺设吸能层（3）。

【技术特征摘要】
1.一种抗爆炸冲击的复合防护结构，其特征在于：包括吸能层（3）、桁架式抗压层（2）和蜂窝式抗拉层（1）；所述蜂窝式抗拉层（1）包括蜂窝结构，所述蜂窝结构中填充混凝土，形成结构底部模板；所述桁架式抗压层（2）包括桁架结构；所述桁架结构焊接在蜂窝结构上构成整体式模板结构；在蜂窝结构上方浇筑混凝土至桁架结构的顶杆上方15cm高度；所述桁架式抗压层（2）的结构面层铺设吸能层（3）。2.根据权利要求1所述的抗爆炸冲击的复合防护结构，其特征在于：所述吸能层（3）采用聚氨酯泡沫、泡沫铝或者泡沫混凝土。3.根据权利要求1所述的抗爆炸冲击的复合防护结构，其特征在于：所述蜂窝结构中填充细石骨料纤维混凝土。4.根据权利要求1所述的抗爆炸冲击的复合防护结构，其特征在于：所述桁架结构外填充纤维混凝土。5.根据权利要求4所述的抗爆炸冲击的复合防护结构，其特征在于：桁架式抗压层（2）中的纤维混凝土材料中的纤维采用钢纤维、不锈...

【专利技术属性】
技术研发人员：马钢，张玉，李世强，王志华，武瑛，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14