一种高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲的制作方法

本实用新型涉及一种土木工程领域的有特殊防护要求的建筑结构防护技术的设计，具体涉及一种高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲。

背景技术：

当今世界恐怖活动日益猖獗，尤其是9.11事件以来，如何应对恐怖组织利用商用飞机等大型飞射物对重要建筑物(例如核电厂、商业中心建筑物等)的袭击，保护人民的生命财产安全不受侵害，已成为一个各国都在争相研究、重要而紧迫的课题。比如9.11事件后，针对美国新建核电厂，美国核管会(NRC)明确要求在设计中考虑抗击大型商用飞机撞击，还对美国国内的在役核电厂进行了专项评估。近年来我国也在积极开展核电厂抗飞机撞击等课题的研究工作。

由于恐怖袭击的威胁，对新建和在役的有防护要求的重要建筑物，考虑大型商用飞机及其他飞射物撞击及爆燃已是大势所趋。

为应对大型飞射物的威胁，新建建筑结构设计中一般采用加大主体结构截面尺寸等传统方法，对既有建筑一般采用加大截面加固法、外包钢加固法、粘钢加固法等加固方法，这些方法在工程领域有一定的应用价值，而由于这些方法的重点在于增加结构的刚度，抵抗高速撞击的效果并不好，而且存在着施工工艺复杂、工程质量不易保证、施工和维护成本高等不足。

根据实用新型人进行的查新结果，国际上还未提出使用外挂高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲来提高重要建筑物抗飞射物撞击能力的技术方案。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术的不足，提出一种高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲。

高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲包括波纹钢板；所述波纹钢板与建筑物主体结构连接，并且和建筑物主体之间设有空隙，所述空隙内填充有多孔金属；所述高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲还包括：内层高性能纤维布、胶粘剂和外层高性能纤维布；其中，所述内层高性能纤维布和外层高性能纤维布加工成一排连续的三棱柱状空间结构；所述波纹钢板和多孔金属设置在所述三棱柱状空间结构中；所述内层高性能纤维布位于所述波纹钢板和建筑物主体结构之间，并通过胶粘剂与建筑物主体结构连接；所述多孔金属填充于所述波纹钢板和所述内层高性能纤维布之间；所述三棱柱空间结构的顶部和底部的高性能纤维布经配置以封闭。

优选地，所述内层高性能纤维布采用无机纤维，所述无机纤维包括碳纤维。所述内层高性能纤维布也可采用其它化工有机纤维，包括但不限于高强度II级碳纤维复合材。

优选地，所述外层高性能纤维布采用无机纤维，所述无机纤维包括碳纤维。所述外层高性能纤维布也可采用其它化工有机纤维，包括但不限于高强度II级碳纤维复合材。

优选地，还包括封口；所述封口经配置用以将所述三棱柱状空间结构的顶部和底部的高性能纤维布密封。

优选地，所述封口与所述内层高性能纤维布一体设置。即所述封口是内层高性能纤维布的一部分，分布在内层高性能纤维布主体的上下两侧，在波纹钢板和多孔金属安装就位后，将内层高性能纤维布上下两侧的封口与外层高性能纤维布使用胶粘剂粘结，以密闭由内层高性能纤维布和外层高性能纤维布组成的三棱柱状空间。

优选地，所述波纹钢板为高强度碳素钢制成的波纹状钢板，其形状应根据建筑物主体结构尺寸和所需设防强度选择，外表面进行防锈处理；厚度为3-20mm，采用国标Q345钢板，表面喷漆防护。

优选地，所述多孔金属为泡沫金属或藕状、蜂窝状多孔金属；其中，所述泡沫金属包含铝，所述藕状、蜂窝状多孔金属包含钢，例如泡沫铝、蜂窝钢等。所述多孔金属具有较强能量吸收能力，同时，由于其熔点相对较低且具有疏松的孔状结构，可以削弱冲击波的能量，还可以通过自身的熔融吸收大量的爆燃热量；包括但不限于泡沫铝合金，空隙比为50％。

优选地，所述胶粘剂是配合所述高性能纤维布使用的，能将高性能纤维布与其他物质(包括建筑物主体结构)连接在一起，固化后具有足够强度的有机或无机、天然或合成的一类物质。

优选地，高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲用于抗飞射物撞击。

高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲在具体使用时，按前述连接方式进行装甲布置后，若建筑物主体结构遭受较高速度的飞射物撞击，遭受撞击部位的波纹钢板和多孔金属共同工作，起到削弱荷载的作用。若飞射物撞击后产生爆燃，由于多孔金属熔点较低且具有疏松的孔状结构，可以削弱冲击波的能量，还可以通过自身熔化吸收大量的爆燃热量，可在一定程度上防止爆燃对主体结构的直接破坏。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲，与增加建筑物主体结构的截面厚度相比，防飞射物撞击防护效果更好，也不需要对主体结构布置进行过多修改。

2、本实用新型提供的高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲，不仅可以防护飞射物撞击，还能对撞击后产生的爆燃起到防护效果。

3、本实用新型提供的高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲，在防护装甲制作完成后通过胶粘剂直接连接到主体结构上，施工十分便捷。

4、本实用新型提供的高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲，在撞击后一般只会对防护装甲产生破坏，由于防护装甲仅通过胶粘剂连接，可方便拆卸、维修和更换。

5、本实用新型提供的高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲，对结构表面进行封闭，不仅对既有建筑物的结构损伤起到修复的作用，还可保护建筑物使其免于进一步受环境侵蚀。

6、本实用新型提供的高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲，以碳纤维布为代表的高性能纤维布具有自重轻、柔性好，建筑物外形适应能力强，施工方便快捷，部分高性能纤维布还具有耐高温耐腐蚀等众多优点。钢材弹性模量较大，具有较强的韧性和塑性变形能力。多孔金属弹性模量较低，具有较好的变形能力。二者共同使用时，波纹钢板主要起到防止飞射物直接穿透、削弱高频撞击峰值的作用，多孔金属通过自身的较大的变形起到吸收飞射物动能、削弱撞击荷载平台段荷载值的作用。

7、本实用新型提供的高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲，将波纹钢板设计成波纹形，在被防护的建筑物表面形成突出的锯齿状防护结构，可有效切割分散撞击物和荷载，使飞射物的动能的很大一部分通过飞射物自身的破坏来吸收，减少对建筑结构的撞击作用，还可以增加钢板的有效阻滞厚度(对垂直于被防护的建筑物外墙的飞射物，同样钢板厚度下，45°倾斜的波纹钢板的有效阻滞厚度是平面钢板的1.41倍，30°倾斜的波纹钢板的有效阻滞厚度是平面钢板的1.36倍)。

8、本实用新型提供的高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲，不仅适用于既有建筑物的加固，也可布置于新建建筑物。

附图说明

图1为符合本实用新型优选实施例的高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲的横剖面图。

图2为图1中的A-A向纵剖面图。

图3为符合本实用新型优选实施例的封口展开示意图。

图4为符合本实用新型优选实施例的封口封闭示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-图4所示，本实施例提供的高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲包括:波纹钢板2；所述波纹钢板2与建筑物主体结构连接，并且和建筑物主体之间设有空隙，所述空隙内填充有多孔金属3；所述高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲还包括：内层高性能纤维布1、胶粘剂4和外层高性能纤维布5；其中，所述内层高性能纤维布1和外层高性能纤维布5加工成一排连续的三棱柱状空间结构；所述波纹钢板2和多孔金属3设置在所述三棱柱状空间结构中；所述内层高性能纤维布1位于所述波纹钢板2和建筑物主体结构之间，并通过胶粘剂4与建筑物主体结构连接；所述多孔金属3填充于所述波纹钢板2和所述内层高性能纤维布1之间；所述三棱柱空间结构的顶部和底部的高性能纤维布经配置以封闭。

所述内层高性能纤维布1采用无机纤维，所述无机纤维包括碳纤维。所述内层高性能纤维布1也可采用其它化工有机纤维，包括但不限于高强度II级碳纤维复合材。

所述外层高性能纤维布5采用无机纤维，所述无机纤维包括碳纤维。所述外层高性能纤维布5也可采用其它化工有机纤维，包括但不限于高强度II级碳纤维复合材。

高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲还包括封口6；所述封口6经配置用以将所述三棱柱状空间结构的顶部和底部的高性能纤维布密封。

所述封口6与所述内层高性能纤维布1一体设置。即所述封口6是内层高性能纤维布1的一部分，分布在内层高性能纤维布1主体的上下两侧，在波纹钢板2和多孔金属3安装就位后，将内层高性能纤维布1上下两侧的封口与外层高性能纤维布5使用胶粘剂4粘结，以密闭由内层高性能纤维布1和外层高性能纤维布5组成的三棱柱状空间。

所述波纹钢板2为高强度碳素钢制成的波纹状钢板，其形状应根据建筑物主体结构尺寸和所需设防强度选择，外表面进行防锈处理；厚度为3-20mm，采用国标Q345钢板，表面喷漆防护。

所述多孔金属3为泡沫金属或藕状、蜂窝状多孔金属；其中，所述泡沫金属包含铝，所述藕状、蜂窝状多孔金属包含钢，例如泡沫铝、蜂窝钢等。所述多孔金属具有较强能量吸收能力，同时，由于其熔点相对较低且具有疏松的孔状结构，可以削弱冲击波的能量，还可以通过自身的熔融吸收大量的爆燃热量；包括但不限于泡沫铝合金，空隙比为50％。

所述胶粘剂4是配合所述高性能纤维布使用的，能将高性能纤维布与其他物质(包括建筑物主体结构)连接在一起，固化后具有足够强度的有机或无机、天然或合成的一类物质，可按相关国标选用A级胶。

本实施例的描述均依据波纹钢板的楞竖直布置的情况，但本实用新型也可以用于波纹钢板的楞水平布置的情况。

高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲在具体使用时，按前述连接方式进行装甲布置后，若建筑物主体结构遭受较高速度的飞射物撞击，遭受撞击部位的波纹钢板和多孔金属共同工作，起到削弱荷载的作用。若飞射物撞击后产生爆燃，由于多孔金属熔点较低且具有疏松的孔状结构，可以削弱冲击波的能量，还可以通过自身熔化吸收大量的爆燃热量，可在一定程度上防止爆燃对主体结构的直接破坏。

本实施例的高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲的制备方法如下：使用胶粘剂4将内层高性能纤维布1和外层高性能纤维布5加工成一排连续的三棱柱状空间；波纹钢板2做成波纹型；在由内层高性能纤维布1和外层高性能纤维布5组成的三棱柱状空间中依次装入波纹钢板2和多孔金属3；再将内层高性能纤维布1附带的封口6封闭，使由内层高性能纤维布1和外层高性能纤维布5组成的三棱柱状空间密闭；最后将内层高性能纤维布1通过胶粘剂4连接到建筑物主体结构上。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实施例提供的高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲，与增加建筑物主体结构的截面厚度相比，防飞射物撞击防护效果更好，也不需要对主体结构布置进行过多修改。

2、本实施例提供的高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲，不仅可以防护飞射物撞击，还能对撞击后产生的爆燃起到防护效果。

3、本实施例提供的高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲，在防护装甲制作完成后通过胶粘剂直接连接到主体结构上，施工十分便捷。

4、本实施例提供的高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲，在撞击后一般只会对防护装甲产生破坏，由于防护装甲仅通过胶粘剂连接，可方便拆卸、维修和更换。

5、本实施例提供的高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲，对结构表面进行封闭，不仅对既有建筑物的结构损伤起到修复的作用，还可保护建筑物使其免于进一步受环境侵蚀。

6、本实施例提供的高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲，以碳纤维布为代表的高性能纤维布具有自重轻、柔性好，建筑物外形适应能力强，施工方便快捷，部分高性能纤维布还具有耐高温耐腐蚀等众多优点。钢材弹性模量较大，具有较强的韧性和塑性变形能力。多孔金属弹性模量较低，具有较好的变形能力。二者共同使用时，波纹钢板主要起到防止飞射物直接穿透、削弱高频撞击峰值的作用，多孔金属通过自身的较大的变形起到吸收飞射物动能、削弱撞击荷载平台段荷载值的作用。

7、本实施例提供的高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲，将波纹钢板设计成波纹形，在被防护的建筑物表面形成突出的锯齿状防护结构，可有效切割分散撞击物和荷载，使飞射物的动能的很大一部分通过飞射物自身的破坏来吸收，减少对建筑结构的撞击作用，还可以增加钢板的有效阻滞厚度(对垂直于被防护的建筑物外墙的飞射物，同样钢板厚度下，45°倾斜的波纹钢板的有效阻滞厚度是平面钢板的1.41倍，30°倾斜的波纹钢板的有效阻滞厚度是平面钢板的1.36倍)。

8、本实施例提供的高性能纤维布包裹单片波纹钢板-多孔金属防护装甲，不仅适用于既有建筑物的加固，也可布置于新建建筑物。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包括这些改动和变型在内。