一种工业建筑防撞结构柱、防撞装置及其成型方法与流程

1.本发明涉及工业建筑技术领域，具体涉及一种工业建筑防撞结构柱、防撞装置及其成型方法。


背景技术：

2.区别于民用建筑，工业建筑内设置有大量的天车、叉车等运输作业工具，以便满足生产的工艺性要求。如此，在长期作业的过程中，工业建筑的结构柱不可避免地会受到运输作业工具或者运输作业工具所运输重物等碰撞对象的撞击，致使结构柱受损，例如保护层脱落、柱纵筋断开等，严重时可能会危及工业建筑的整体结构安全。
3.因此，如何提供一种方案，以克服或者缓解上述缺陷，仍是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种工业建筑防撞结构柱、防撞装置及其成型方法，其中，该防撞装置可以提升工业建筑的结构柱本体的防撞性能，有利于保证工业建筑的结构安全。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种防撞装置，安装于工业建筑的结构柱本体，包括内层单元、吸能单元和封装单元，所述内层单元安装于所述结构柱本体，所述吸能单元包括多个吸能模块，各所述吸能模块均安装于所述内层单元，所述吸能模块包括吸能罐，所述吸能罐的轴向和所述结构柱本体的轴向相垂直，所述吸能罐内配置有第一填充物，所述封装单元位于所述吸能单元的外侧，用于对各所述吸能模块进行封装。
6.当发生碰撞时，运输作业工具或者由运输作业工具所运输的重物等碰撞对象可以先接触封装单元，并通过封装单元向不同的吸能模块分散传递碰撞力。各吸能模块中，吸能罐可以发生沿碰撞方向的变形，这个过程中，第一填充物的存在能够减少吸能罐罐壁的屈曲，而吸能罐的约束作用又会加剧第一填充物内部的相互作用，在吸能罐和第一填充物的相互配合下，能够大幅提升对于碰撞力的吸收和耗散效率，进而降低传输至内层单元以及结构柱本体的碰撞能量，以达到保护结构柱本体的技术目的。
7.并且，上述通过吸能变形以保护结构柱本体的技术方案，实际还可以对运输作业工具或者由运输作业工具所运输的重物等碰撞对象进行保护。也就是说，本发明实施例可以对碰撞对象以及被碰撞对象进行双向保护，保护更为全面。
8.更为重要的是，上述碰撞装置采用了模块化的设计方案，其将吸能单元设置为分体式结构，包括多个分别进行布置的吸能模块，当碰撞装置遭受碰撞、并造成部分的吸能模块发生损坏时，只需要将损坏的吸能模块取下并进行更换，即可以快速地恢复防碰撞能力，不会影响工业建筑的实际生产使用，这将有利于本发明所提供防撞装置在工业建筑领域的推广应用。
9.可选地，所述吸能模块还包括吸能盒，所述吸能盒内布置有多个所述吸能罐，所述吸能盒安装于所述内层单元。
10.可选地，所述吸能盒中，多个所述吸能罐沿垂直于所述吸能罐轴向的平面进行布置，以形成一层所述吸能罐，在所述吸能罐的轴向上布置有至少一层所述吸能罐。
11.可选地，在所述吸能盒中，相邻所述吸能罐之间配置有第二填充物。
12.可选地，所述第二填充物为胶体。
13.可选地，所述内层单元、所述吸能模块和所述封装单元之间的间隙配置有第三填充物。
14.可选地，所述第一填充物和所述第三填充物均为工业废弃散料。
15.可选地，所述封装单元为纤维布。
16.可选地，所述内层单元为金属板。
17.本发明还提供一种工业建筑防撞结构柱，包括结构柱本体和防撞装置，所述防撞装置为上述的防撞装置，所述防撞装置安装于所述结构柱本体的外侧。
18.本发明还提供一种防撞装置的成型方法，适用于上述的防撞装置，所述成型方法包括如下步骤：在所述结构柱本体的外壁面安装所述内层单元；在所述内层单元的外壁面安装所述吸能模块；在所述吸能模块的外侧安装所述封装单元；在所述内层单元、所述吸能模块和所述封装单元之间的间隙配置有第三填充物，并对所述第三填充物进行振捣。
附图说明
19.图1为本发明所提供工业建筑防撞结构柱的一种具体实施方式的结构示意图；
20.图2为图1中a区域的局部放大图；
21.图3为吸能模块的结构示意图；
22.图4为图3中b区域的俯视图；
23.图5为吸能盒的结构示意图；
24.图6为本发明所提供防撞装置的成型方法的流程示意图。
25.图1-图5的附图标记说明如下：
26.100结构柱本体；
27.200防撞装置、210内层单元、211连接柱、220吸能单元、221吸能模块、221a吸能罐、221b吸能盒、221b-1盒体、221b-2翼板、221c第二填充物、230封装单元。
具体实施方式
28.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
29.在本发明实施例中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
30.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是可拆卸地连接，也可以是不可拆卸地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。
31.本发明实施例中所提到的方位用语，例如，“内”、“外”等，仅是参考附图的方向，因此，使用的方位用语是为了更好、更清楚地说明及理解本发明实施例，而不是指示或暗指所
指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。
32.在本发明实施例的描述中，术语“多个”是指两个或两个以上。并且，在使用“多个”来表述某几个部件的数量时，并不表示这些部件在数量上的相互关系。
33.在本发明实施例的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
34.请参考图1-图5，图1为本发明所提供工业建筑防撞结构柱的一种具体实施方式的结构示意图，图2为图1中a区域的局部放大图，图3为吸能模块的结构示意图，图4为图3中b区域的俯视图，图5为吸能盒的结构示意图。
35.如图1和图2所示，本发明提供一种工业建筑防撞结构柱，包括结构柱本体100和防撞装置200。
36.结构柱本体100为工业建筑内部的既有结构，用于满足工业建筑自身的结构性能要求。防撞装置200可以安装于结构柱本体100的外侧，用于对结构柱本体100进行防护，可提升结构柱本体100的防撞性能，进而能够减少工业建筑在长期使用过程中被运输作业工具及其所运输重物等碰撞对象撞击所造成的损坏，有利于保证工业建筑在长期使用过程中的整体结构安全。
37.在具体装配时，防撞装置200的轴向尺寸可以和结构柱本体100相同，即结构柱本体100轴向上的各个区域处均可以布置防撞装置200，这样，可以对结构柱本体100进行更为全面的防护。或者，防撞装置200的轴向尺寸也可以小于结构柱本体100，即防撞装置200可以仅布置在结构柱本体100轴向上的局部区域，这样，可以减少防撞装置200的使用量，能够有效地控制成本；详细而言，可以结合结构柱本体100在工业建筑中的设置位置及使用环境，以判断该结构柱本体100轴向上哪些区域属于易碰撞区域，然后在该易碰撞区域处布置防撞装置200。
38.同样地，防撞装置200也可以环绕结构柱本体100布置一周，即结构柱本体100周向上的各个区域处均可以布置防撞装置200，这样，可以在周向上对结构柱本体100进行更为全面的防护。当然，防撞装置200也可以仅布置在结构柱本体100周向上的局部区域，这样也是可行的，具体可以结合结构柱本体100的设置位置及使用环境等进行确定。
39.在本发明实施例中，该防撞装置200包括内层单元210、吸能单元220和封装单元230。内层单元210安装于结构柱本体100，用于实现防撞装置200在结构柱本体100的安装固定。吸能单元220包括多个吸能模块221，各吸能模块221均安装于内层单元210，用于实现吸能单元220在内层单元210的安装固定；吸能模块221包括吸能罐221a，吸能罐221a内配置有第一填充物。封装单元230位于吸能单元220的外侧，用于对各吸能模块221进行封装，以提升防撞装置200的整体性。
40.当发生碰撞时，运输作业工具或者由运输作业工具所运输的重物等碰撞对象可以先接触封装单元230，并通过封装单元230向不同的吸能模块221分散传递碰撞力；各吸能模块221中，吸能罐221a可以发生沿碰撞方向的变形，这个过程中，第一填充物的存在能够减
少吸能罐221a罐壁的屈曲，而吸能罐221a的约束作用又会加剧第一填充物内部的相互作用，在吸能罐221a和第一填充物的相互配合下，能够大幅提升对于碰撞力的吸收和耗散效率，进而降低传输至内层单元210以及结构柱本体100的碰撞能量，以达到保护结构柱本体100的技术目的。
41.并且，上述通过吸能变形以保护结构柱本体100的技术方案，实际还可以对运输作业工具或者由运输作业工具所运输的重物等碰撞对象进行保护。也就是说，本发明实施例可以对碰撞对象以及被碰撞对象进行双向保护，保护更为全面。
42.更为重要的是，上述碰撞装置200采用了模块化的设计方案，其将吸能单元220设置为分体式结构，包括多个分别进行布置的吸能模块221，当碰撞装置200遭受碰撞、并造成部分的吸能模块221发生损坏时，只需要将损坏的吸能模块221取下并进行更换，即可以快速地恢复防碰撞能力，不会影响工业建筑的实际生产使用，这将有利于本发明所提供防撞装置200在工业建筑领域的推广应用。
43.这里，本发明实施例并不限定第一填充物的具体种类，在实际应用中，本领域技术人员可以根据具体需要进行设置，只要是能够满足使用的要求即可。
44.在一种可以实现的方案中，第一填充物可以为工业废弃散料，如常见于钢铁厂的高炉矿渣颗粒、再生混凝土颗粒、废弃砖渣颗粒等。如此，一方面，可以实现对于工业废弃散料的重复利用，有利于实现环保作业，并能够降低碰撞装置200的制备成本，另一方面，散料包括诸多的颗粒物，在吸能罐221a发生变形时，这些颗粒物之间会产生剧烈的相互作用，更容易对碰撞能量进行吸收和耗散。
45.与之相类似的，吸能罐221a也可以采用废弃的易拉罐、塑料瓶等生活废弃物以及工业废弃物，能够实现废物的二次利用，可提升环保性能，并降低生产成本。
46.另外，本发明实施例也不限定吸能罐221a的布置方向，在实际应用中，本领域技术人员可以根据具体需要进行设置，只要是能够满足使用的要求即可。
47.应理解，对于罐体类结构而言，其轴向往往是其强度最大的方向，因此，在本发明实施例中，可以将吸能罐221a的轴向设置为和碰撞方向相一致，这样，可以更大程度地抵御和耗散碰撞力。一般而言，碰撞对象对于结构柱本体100的碰撞方向和结构柱本体100的轴向相垂直，如此，可以将吸能罐221a的轴向设置为和结构柱本体100的轴向相垂直。
48.当然，吸能罐221a的轴向并不一定和碰撞方向同向，二者之间也可以呈现出一定的夹角，具体需要结合实际的使用要求等进行确定。
49.如图3-图5所示，吸能模块221还可以包括吸能盒221b，吸能罐221a的数量可以为多个，多个的吸能罐221a均可以布置在吸能盒221b内，以便通过吸能盒221b进行集成装配。吸能盒221b具体可以为金属盒，如铝盒等，以保证一定的结构强度性能，并且，在碰撞变形发生后，也可以方便地进行回收利用。
50.在具体装配时，吸能模块221可以通过吸能盒221b和内层单元210进行连接，具体的连接方式包括但不限于焊接、粘结、卡接、螺钉连接等。在一种可以实现的方案中，如图3和图5所示，吸能盒221b包括盒体221b-1和翼板221b-2，盒体221b-1内部形成容纳腔(图中未标注)，用于安装吸能罐221a，翼板221b-2可以位于盒体221b-1的外壁面，翼板221b-2可以设置有连接孔(图中未标注)，结合图2，内层单元210可以设置有连接柱211，该连接柱211可以设置有螺纹，即该连接柱211可以为螺柱；连接柱211可以穿过连接孔，并可以搭配螺
母，以实现吸能盒221b和内层单元210的连接固定。
51.吸能罐221a在吸能盒221b内的安装布置方式在此不作限定。结合图3和图4，在吸能盒221b中，多个吸能罐221a可以在垂直于吸能罐221a轴向的平面进行布置，以形成一层的吸能罐221a；在吸能罐221a的轴向上，可以仅布置一层吸能罐221a，也可以布置多层的吸能罐221a，具体可以结合实际的使用需要进行确定。
52.进一步地，在吸能盒221b中，相邻吸能罐221a之间可以配置有第二填充物221c，以对吸能罐221a在吸能盒221b内的安装位置进行固定，能够提升吸能模块221的整体性，进而可以方便吸能模块221和内层单元210的连接。
53.第二填充物221c可以采用前述的工业废弃散料。
54.或者，第二填充物221c也可以为发泡胶、结构胶等胶体。胶体可以更好地对各吸能罐221a进行连接，并能够将各吸能罐221a和吸能盒221b进行连接，以将吸能罐221a和吸能盒221b连接为一个整体。
55.在一些可选的实施方式中，内层单元210、吸能模块221和封装单元230之间的间隙可以配置有第三填充物，第三填充物也可以为前述的工业废弃散料。这样，封装单元230和内层单元210之间的间隙可以得到较好的填充；对于截面为方形等非圆形的结构柱本体100而言，第三填充物的设置，可以更好地实现结构柱本体100周向上全方位、无死角的柔性保护，特别是比较难处理的角部等，也可以得到较好的柔性保护。
56.在碰撞能量超出吸能单元220的吸收范围时，剩余的碰撞能量会直接作用到内层单元210，此时，内层单元210将作为防护装置200的最后一道防线。
57.在本发明实施例的一些实施方式中，内层单元210可以采用橡胶等能够产生弹性变形的材料进行制备，这样，内层单元210也可以通过变形的方式来对碰撞能量进行吸收和缓冲，本发明所提供防撞装置200整体均是通过柔性变形吸能的方式来对结构柱本体100进行防护。
58.或者，在本发明实施例的另一些实施方式中，内层单元210可以为金属板，如钢板等，此时，内层单元210可以起到刚性防护作用，本发明所提供防撞装置200可以采用柔性防护和刚性防护相结合的方案，可以更大程度地降低对于结构柱本体100的碰撞损坏。并且，金属板形式的内层单元210还可以对结构柱本体100的强度进行提升，以保证整个防撞结构柱的结构刚度。
59.内层单元210和结构柱本体100的连接方式可以为粘结，例如可以采用环氧树脂胶等将内层单元210连接于结构柱本体100，此时，内层单元210和结构柱本体100之间无需设置连接件以及孔、槽等形式的连接结构，有利于结构的简化。
60.除此之外，内层单元210和结构柱本体100之间也可以采用焊接、铆接、卡接、螺钉连接等连接方式，这样也是可行的，只要是能够保证连接的可靠性要求即可。
61.封装单元230可以为纤维布，例如玄武岩纤维布，玄武岩纤维布具有高抗拉强度、耐腐蚀、耐高温和绿色环保等优点，可以有效起到封装包裹吸能单元220的作用；除了玄武岩纤维外，封装单元230也可以采用其他的高性能纤维，如碳纤维布等。封装单元230和吸能模块221之间的连接方式也可以为粘结。
62.在具体实践中，根据结构柱本体100的尺寸以及应用环境等，内层单元210的相关尺寸、吸能模块221的数量及相邻两吸能模块221的间距、吸能模块221中吸能罐221a的数量
及吸能罐221a的布置方式、封装单元230的材质等均可以进行调节，以便满足实际的使用需求。
63.以截面边长为1000mm的正方形结构柱本体100进行防撞装置200的安装为例。首先，根据结构柱本体100的实际工况确定防护范围，在一种示例性的方案中，防撞装置200的轴向尺寸可以为2000mm，即可以仅在轴向2000mm的范围内来布置防撞装置200；然后，结合结构柱本体100的尺寸、防撞装置200轴向尺寸以及撞击荷载等相关参数，可以详细设计内层单元210、吸能单元220以及封装单元230的尺寸，在一种示例性的方案中，内层单元210的尺寸可以为1000mm
×
2000mm
×
6mm，焊接连接柱211的长度为25mm，连接柱211的竖向间距为50mm，水平间距为450mm；吸能模块221可以采用1层填充有散料的易拉罐形式的吸能罐221a，吸能盒221b内采用紧密型的排布方式，即相邻吸能罐221a紧密接触，以提升吸能性能，吸能罐221a之间的缝隙均采用聚氨酯发泡胶填充，并结合易拉罐的尺寸确定带有翼板221b-2的吸能盒221b的尺寸为400mm
×
500mm
×
120mm，其中，翼板221b-2的尺寸为500mm
×
50mm，翼板221b-2上开孔的竖向间距定为50mm，横向间距为450mm，以适配内层单元210的连接柱211；封装单元230采用双向编制的玄武岩纤维布，重量200g/m2，宽度为1000mm。
64.请参考图6，图6为本发明所提供防撞装置的成型方法的流程示意图。
65.如图6所示，本发明还提供一种防撞装置200的成型方法，适用于上述各实施方式所涉及的防撞装置200，该成型方法包括如下的步骤s1至步骤s4。
66.步骤s1，在结构柱本体100的外壁面安装内层单元210。
67.具体的安装方式可以参照前述的描述。另外，内层单元210为防撞装置200的结构基础，其决定了防撞装置200的安装位置以及布置范围，因此，在实际应用时，还应当结合实际使用需要，确认内层单元210的材质、尺寸、安装位置以及布置范围等。
68.步骤s2，在内层单元210的外壁面安装吸能模块221。
69.吸能模块221为预制件，其可以在其他厂家或者上游工位直接获取，以提升防撞装置200的安装效率。吸能模块221中吸能罐221a的数量以及布置方式等可以根据实际需要进行确定。
70.步骤s3，在吸能模块221的外侧安装封装单元230。
71.步骤s4，在内层单元210、吸能模块221和封装单元230之间的间隙配置有第三填充物，并对第三填充物进行振捣，以保证第三填充物的紧实度。
72.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润
73.饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种防撞装置，安装于工业建筑的结构柱本体(100)，其特征在于，包括内层单元(210)、吸能单元(220)和封装单元(230)，所述内层单元(210)安装于所述结构柱本体(100)，所述吸能单元(220)包括多个吸能模块(221)，各所述吸能模块(221)均安装于所述内层单元(210)，所述吸能模块(221)包括吸能罐(221a)，所述吸能罐(221a)内配置有第一填充物，所述封装单元(230)位于所述吸能单元(220)的外侧，用于对各所述吸能模块(221)进行封装。2.根据权利要求1所述防撞装置，其特征在于，所述吸能模块(221)还包括吸能盒(221b)，所述吸能盒(221b)内布置有多个所述吸能罐(221a)，所述吸能盒(221b)安装于所述内层单元(210)。3.根据权利要求2所述防撞装置，其特征在于，所述吸能盒(221b)中，多个所述吸能罐(221a)沿垂直于所述吸能罐(221a)轴向的平面进行布置，以形成一层所述吸能罐(221a)，在所述吸能罐(221a)的轴向上布置有至少一层所述吸能罐(221a)。4.根据权利要求2所述防撞装置，其特征在于，在所述吸能盒(221b)中，相邻所述吸能罐(221a)之间配置有第二填充物(221c)。5.根据权利要求4所述防撞装置，其特征在于，所述第二填充物(221c)为胶体。6.根据权利要求1所述防撞装置，其特征在于，所述内层单元(210)、所述吸能模块(221)和所述封装单元(230)之间的间隙配置有第三填充物。7.根据权利要求6所述防撞装置，其特征在于，所述第一填充物和所述第三填充物均为工业废弃散料。8.根据权利要求1-7中任一项所述防撞装置，其特征在于，所述封装单元(230)为纤维布。9.根据权利要求1-7中任一项所述防撞装置，其特征在于，所述内层单元(210)为金属板。10.一种工业建筑防撞结构柱，其特征在于，包括结构柱本体(100)和防撞装置(200)，所述防撞装置(200)为权利要求1-9中任一项所述防撞装置，所述防撞装置(200)安装于所述结构柱本体(100)的外侧。11.一种防撞装置的成型方法，其特征在于，适用于权利要求1-9中任一项所述防撞装置，所述成型方法包括如下步骤：在所述结构柱本体(100)的外壁面安装所述内层单元(210)；在所述内层单元(210)的外壁面安装所述吸能模块(221)；在所述吸能模块(221)的外侧安装所述封装单元(230)；在所述内层单元(210)、所述吸能模块(221)和所述封装单元(230)之间的间隙配置有第三填充物，并对所述第三填充物进行振捣。

技术总结
本发明公开一种工业建筑防撞结构柱、防撞装置及其成型方法，其中，该防撞装置安装于工业建筑的结构柱本体，包括内层单元、吸能单元和封装单元，所述内层单元安装于所述结构柱本体，所述吸能单元包括多个吸能模块，各所述吸能模块均安装于所述内层单元，所述吸能模块包括吸能罐，所述吸能罐的轴向和所述结构柱本体的轴向相垂直，所述吸能罐内配置有第一填充物，所述封装单元位于所述吸能单元的外侧，用于对各所述吸能模块进行封装。上述防撞装置可以提升工业建筑的结构柱本体的防撞性能，有利于保证工业建筑的结构安全。于保证工业建筑的结构安全。于保证工业建筑的结构安全。


技术研发人员：刘路 董海河 李新勇
受保护的技术使用者：中钢设备有限公司
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/8/24