CN103314168A - 用于建筑物壁或者容器壁的保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于保护建筑物壁或者容器壁对抗冲击负荷的保护系统，其带有布置在建筑物壁或者容器壁的冲击侧上的、主要通过塑性变形来吸收冲击负荷的冲击能量的缓冲层（3），其中该缓冲层（3）包括由基本单元（5）的基本上规则的布置而形成的、具有多个格栅层（6）的变形格栅，变形格栅的间隙用能够变形的衰减物质（9）来填充，并且其中相应的基本单元（5）由多个格栅支撑物（4）组成，所述格栅支撑物形成棱锥的边缘。

Description

用于建筑物壁或者容器壁的保护系统

本发明涉及一种针对建筑物壁或者容器壁的碰撞负荷或者冲击负荷的保护系统，该系统优选也适于事后安装在已有的建筑物壁或者容器壁上。

原则上，在建筑物设计中或者在容器构造时，除了自身负荷和所设计的有效负荷之外，还考虑预期的临时出现的额外负荷，例如雪负荷、冰负荷、风负荷以及碰撞负荷或者冲击负荷。在一些情况中，例如由于改变规定或者标准，此外还进行事后的对建筑物或者容器的重修。在这些情况中，例如通过扩建或者改建而使得建筑物或者容器可以超过原始设计的负荷极限而承受进一步的负荷。

在该情况中，术语碰撞负荷或者冲击负荷概括了所有如下事件：其中被加速的物质与建筑物或者容器相撞。在民用建筑物或者容器的情况下，所述碰撞负荷或者冲击负荷尤其是通过风暴加速的物体和未适当引导的机动车而导致。而如果建筑物或者容器被潜在的攻击者视为军事目标时，则也可以预料到例如通过发射物或者制导的飞行体引起的碰撞负荷或者冲击负荷。

为了保护建筑物或者容器免受高能冲击负荷的影响，目前主要使用简单的和坚固的钢板或者钢筋混凝土板。在此不利的是这些板的大的自重和大的尺寸。

据此，本发明所基于的任务是，开发一种减小重量和/或减小尺寸的系统或者结构，借助其可以保护建筑物和传输容器尤其是对抗高能的碰撞负荷或者冲击负荷。

该任务通过权利要求1所述的特征组合用根据本发明的方式来解决。从属权利要求包括本发明的部分合乎目的的并且部分地对于本身而言有创造力的改进方案。

与本发明的教导对应的保护系统用作针对单个建筑物壁、完整的建筑物、单个容器壁或者完整容器对抗碰撞负荷或者冲击负荷的保护物。为此设计的是，在要保护的区域的碰撞侧或者冲击侧上布置缓冲层，其主要通过塑性变形来吸收由于碰撞或者冲击而引起的动能。该缓冲层的基本架构或者骨架形成相同的、由格栅支撑物（Gitterstreben）构建的基本单元，这些基本单元基本上规则地布置，并且于是作为变形格栅完全覆盖要保护的区域。由此，由这些基本单元的至少一层形成的缓冲层的基本架构具有类似晶体的基本结构。单个基本单元的形状是棱锥式的，其中格栅支撑物构建棱锥形的边缘。该基本架构通过可变形的变形物质补充，该变形物质填充变形格栅中的间隙并且由此完成缓冲层。

优选的是如下实施形式：其中基本单元的格栅支撑物形成规则的棱锥，因为通过基本架构的该构型，实现了有利的可变形性并且保证了技术上可简单地实现。在该情况中，此外合乎目的的是，棱锥形的底面是四边形的并且尤其是方形的。

此外有利的是，变形格栅具有至少两个、然而优选四个至八个由基本单元构成的格栅层，因为随着增大的格栅层数目，最大可吸收的碰撞能量或者冲击能量也增大。另一方面，当然保护系统的厚度和自重也随着增大的层数而增加。在八个格栅层的情况下，仿真计算表明，具有高的飞行速度的大且重的发射物也被可靠地停止在缓冲层内，而并不推进到位于其下的建筑物壁或者容器壁。

如果设置有多个格栅层，则此外有利的是，直接相叠的两个格栅层分别在对角线的方向上横向地相对于彼此推移基本单元底面对角线的一半长度。简而言之，即直接相叠的格栅层在对角线上相对于彼此推移一半的基本单元。由此，形成了交替的堆叠序列ABAB，其中形成下部格栅层的棱锥的尖端靠在形成位于其上的格栅层的棱锥的底面的角上。由此构建的X形支撑物用作在变形格栅中的附加的加强元件。

作为格栅支撑物的材料，优选使用可高度延展的钢。这种钢可以在各种规范中得到，使得给出了良好的易变性，通过其能够实现根据本发明的缓冲层的特性与不同的规定或者标准匹配。

原则上可能的是，格栅支撑物仅仅借助变形物质来相互连接，并且相对于彼此保持在其相对位置中。然而优选的是如下实施形式：其中基本单元的格栅支撑物以及基本单元和格栅层相互之间分别牢固地彼此连接，即例如拧紧、粘合或者焊接，使得基本架构本身已经是可以通过塑性变形来吸收碰撞能量或者冲击能量的结构。

如果缓冲层例如需要用作也针对碰撞的飞行体的建筑物保护装置，则合乎目的的是，对于基本单元设计大约0.5米至4.0米的横向延伸，并且由此不一定相同的0.5米至4.0米的高度延伸。对于格栅支撑物，在该情况中相应地使用适当地切割的方钢或者圆钢，其边缘长度或者直径为大约10mm至50mm。

根据另一优选的实施形式，使用混凝土、尤其是所谓的泡沫混凝土或者多孔轻质混凝土（PLB）作为衰减物质。泡沫混凝土是一种带有有计划地提高的气孔含量的混凝土，气孔含量通常大于30体积百分比，这通常通过添加发泡剂或者通过将预制的泡沫混合其中来制造。该材料一方面可以承受大的压力，并且另一方面比较轻（低密度）并且流动性良好。此外，其具有良好的热衰减特性。优选的是，对于所使用的混凝土或者泡沫混凝土混入附加的纤维、例如由钢或者塑料构成的纤维，以便提高其延展性并且由此相对于缓冲层提高其有效性。对于该材料类型的细节可以在文献中通过关键词“UHPC”（英语：Ultra High Performance Concrete，翻译：超高性能混凝土）来找到。

此外有利的是，缓冲层在碰撞侧或者冲击侧上以覆盖层来结束，该覆盖层例如由钢或者复合材料构成，尤其是由纤维复合材料构成。尤其是在尖锐的或者锋利边缘的碰撞体或者冲击体的情况下，这用于更好地将点状的压力冲击分布到变形格栅的更大区域上并且由此增大有效的作用面。在构建保护系统期间，覆盖层也可以用作在浇注衰减物质时的模壳。

在该情况中，借助锚定元件来将覆盖层固定在缓冲层上被视为是非常合乎目的的，因为由此例如可以容易进行更换。可替选地也可能的是，覆盖层与缓冲层大面积地粘合。

根据本发明的保护系统首先设计为针对平面的保护装置。相应地有利的是，选择基本单元的如下布置：其中每个格栅层的基本单元的底面位于共同的平面中，并且其中这些平面平行于要保护的建筑物壁或者容器壁的表面取向。然而，也可以实现缓冲层与弯曲表面（譬如拱形结构、圆顶、圆柱形等等）的匹配。为此，变形格栅根据弯曲来扭曲，或者使用修改后的带有改变的格栅结构的变形格栅。

借助本发明所实现的优点尤其是在于，通过由三维的、轻质的、易变形的（可延展的）并且优选多层的立体的杆支承装置以及浇注的衰减物质构成的“组合”结构，实现了将冲击负荷（例如飞行器、风暴引起的发射物、冲击波）的动能特别良好地转化为支承装置的塑性变形，其中衰减物质用作具有非常高的衰减程度的稳定基质。通过优选由纤维强化的泡沫混凝土（纤维泡沫混凝土）制造的衰减物质的非线性变形和挤压，额外地吸收冲击能量。在传统的解决方案中，冲击保护通过相关的钢筋混凝土部件的提高强度（更大的壁厚）以及提高的铠装含量（例如推移铠装、铠装连接部）来实现，与之不同，在根据本发明的冲击保护系统中震动、震荡和弹性波的形成和传播显著地被抑制或者衰减并且远离要保护的物体或者建筑物。

由此，也保证了针对地震负荷的额外保护。地震激励或者冲击于是同样被有效地衰减。

根据本发明的保护系统可以简单并且快速地建立，尤其是在使用变形格栅的预先安装的单元情况下，所述单元以层的方式安装在要保护的物体上并且接着用衰减物质来浇注。事后加装而形成的壁结构是可能的。

特别有利的是，在原子能设备的建筑物、尤其是核电站的情况下使用根据本发明的保护系统，然而也可以在传统的发电站和化学设备情况下，以及在用于核材料或者材料以及废弃物的运输容器情况下使用。

借助实施例来进一步描述本发明。其中分别在简化的并且示意性的视图中：

图1在透视图中示出了根据本发明的缓冲层的基本单元；

图2在透视图中示出了根据本发明的缓冲层的变形格栅的格栅层；

图3在部分剖切的透视图中示出了在切开地示出的建筑物顶盖上的根据本发明的缓冲层；或者

图4示出了变形格栅的轮廓部分。

相互对应的部件在所有附图中设置有相同的附图标记。

在实施例中示例性地观察建筑物顶盖1的部分区段（参见图3）。该部分区段的平坦的外部表面2要通过事后的添造来保护抵抗碰撞负荷或者冲击负荷。为此，在表面2上定位有缓冲层3。缓冲层3在表面2上的固定在此借助未具体示出的、材料配合的连接部来进行，或者通过其他方式来进行。

相互焊接的格栅支撑物4构成的结构用作缓冲层3的基础。在此还要再次指出的是，在格栅支撑物4之间的不可松开的连接的方式并不局限于这里选择的方式。借助拧合、铆接、夹持或者粘合的连接视为同样合乎目的的替选方案。由切开的圆钢构成的这些格栅支撑物4中的每八个形成了一个在图1中所示的基本单元5。根据其空间布置，基本单元5的格栅支撑物4形成了带有方形底面的正棱锥的边缘。在方形底面的边缘长度和棱锥的高度之间的比例在该情况例子中大约为1.7。

通过有规律地布置基本单元5和这些基本单元5彼此间的不可松开的连接，构建了晶体状的变形格栅。该变形格栅同样由多个格栅层6构建，它们在堆叠方向7中相叠地分层。在每个格栅层6内的基本单元5的布置在此构建为，使得基本单元5的方形底面如在棋盘情况下那样无间隙地相互靠置，由此在堆叠方向7上最下部的格栅层6完全覆盖要保护的平坦的表面2。在图2中可以看到格栅层6的布置的示意图。

直接相叠的两个格栅层6在对角线的方向上横向地相对于彼此推移基本单元底面的对角线的一半长度地布置。由于该交替的堆叠序列ABAB，形成下部格栅层6的棱锥的尖端和形成位于其上的格栅层6的棱锥的底面的角相接触。正是在这些接触点上，各格栅层6相互不可松开地连接，即焊接。同时，通过这种方式实现了附加的X形支撑物8。它们用于类似在起重机臂的情况下或者钢桥结构的情况下那样用作变形格栅中的附加的加强元件。在观察变形格栅时可以在轮廓中看到X形支撑物8。图4示出了相应的部分。

变形格栅在根据本发明的缓冲层3的情况下按照基本架构或者骨架的方式起作用。该基本架构被纤维强化的泡沫混凝土构成的衰减物质9包围。那些泡沫混凝土将变形格栅补充为方形缓冲层3，并且在此填充在变形格栅中的间隙。

两个部件――衰减物质9和变形格栅――可以本身吸收冲击能量或者碰撞能量。在变形格栅的情况下，这主要通过塑性变形来实现，而在衰减物质9的情况下的能量吸收首先通过压缩来实现。通过两种部件组合成为缓冲层3，正如相对于冲击波或者震荡的衰减能力那样，超过了单个部件的吸收能力。

附图标记表

1  建筑物顶盖

2  外表面

3  缓冲层

4  格栅支撑物

5  基本单元

6  格栅层

7  堆叠方向

8  支撑物

9  衰减物质

Claims (15)

1.一种用于保护建筑物壁或者容器壁对抗冲击负荷的保护系统，带有布置在建筑物壁或者容器壁的冲击侧上的、主要通过塑性变形来吸收冲击负荷的冲击能量的缓冲层（3），其中该缓冲层（3）包括由基本单元（5）的基本上规则的布置而形成的、具有多个格栅层（6）的变形格栅，所述变形格栅的间隙用能够变形的衰减物质（9）来填充，并且其中各基本单元（5）由多个格栅支撑物（4）组成，所述格栅支撑物形成棱锥的边缘。

2.根据权利要求1所述的保护系统，其中由基本单元（5）的格栅支撑物（4）形成的棱锥是正棱锥。

3.根据权利要求2所述的保护系统，其中由基本单元（5）的格栅支撑物（4）形成的棱锥具有四边形、尤其是方形的底面。

4.根据权利要求1至3之一所述的保护系统，其中针对变形格栅设置有至少两个格栅层（6），优选四个至八个格栅层（6）。

5.根据权利要求1至4之一所述的保护系统，其中直接相叠的两个格栅层（6）分别在对角线的方向上横向地相对于彼此推移基本单元（5）的底面对角线的一半长度地布置。

6.根据权利要求1至5之一所述的保护系统，其中所述格栅支撑物（4）由钢制成。

7.根据权利要求1至6之一所述的保护系统，其中所述格栅支撑物（4）在其接触点上牢固地相互连接，尤其是焊接。

8.根据权利要求1至7之一所述的保护系统，其中基本单元（5）具有大约0.5m至4.0m的横向延伸，并且具有大约0.5m至4.0m的高度延伸。

9.根据权利要求1至8之一所述的保护系统，其中使用混凝土、尤其是泡沫混凝土作为衰减物质（9）。

10.根据权利要求1至9之一所述的保护系统，其中所述衰减物质（9）被纤维强化。

11.根据权利要求1至10之一所述的保护系统，其中所述衰减层（3）在冲击侧上设置有覆盖层。

12.根据权利要求11所述的保护系统，其中所述覆盖层由钢或者复合材料制造。

13.根据权利要求11或12所述的保护系统，其中所述覆盖层借助锚定元件来固定在所述缓冲层（3）上。

14.根据权利要求1至12之一所述的保护系统，其中每个格栅层（6）的基本单元（5）的底面位于共同的平面中，并且其中这些平面平行于建筑物壁或者容器壁的表面来布置。

15.一种带有壁的建筑物、容器或者工业设施，所述壁至少局部地在所预期的冲击区域中设置有根据权利要求1至14之一所述的保护系统。

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