建筑结构抗爆研究综述

均发 生弯曲破坏 ， 动力 荷载作 用下 ， 在 未加钢 纤维 的梁 或配 筋率
较高 的梁则发生剪切破坏 。 方秦对钢筋混凝土梁在爆炸荷 载下 的破 坏形态 进行 了研 究 ，
提出 了一种爆 炸荷载 作用下 钢筋 混凝土梁 破坏形 态 的有限差 分 预报方法 ， 利用该方 法分 析了荷载加载 速率 、 截面 高度 、 混凝 土强 度、 配筋率 等对 钢筋混凝土梁破坏形 态的影 响规律 ； 之后 ， 秦分 方 析了端部弹性与 阻尼支承对梁 动态响应 的影响 ， 指 出在短作 用 并
超 、 忠献 运用有限元显 式动 力分析 软件 Ｌ —Ｙ Ａ， 立 了典型 ［ ］ Ｌ ｎｉ ｗ Ａ ， ｉｅ ｓ， Ｋ Ｒ ． ｒ ｅｔ ｇＢ ｉ ｉｇＡ ａｎｔ 李 ＳＤ Ｎ 建 ２ ｏｇ ｏ ． Ｍｎｓ ｗ ｋ ｉ ． ． Ｐｏ ｃｎ ｕ ｄｎ ｇｉ ｎ ｚ ｔ ｉ ｌ ｓ Ｖ ｈｃ ｏ ｂＡｔ ｋ ［ ］ Ａ Ｃ Ｐａｔ ｅＰ ｒ ｄｃｌ ｎ Ｓ ｕ ． ｅ ｉｅＢ ｍ ｔｃｓ Ｊ ． Ｓ Ｅ：ｒｃｃ ｅｉ ｉａ ｏ ｔ ｃ ｌ ａ ｉ ｏ ｒ
钢筋混凝 土梁 进行 了试验 ， 通过研 究发现 ， 在静 力荷载 下 ， 有梁 所
大于美 国 、 日本 、 欧洲产量的总和 。这 是大好 的事情 ， 但是 由于 目
前铁矿资 源不 掌握 在 自己手里 ， 保 和耗能 的压 力越来 越 大 ， 环 因
此决定 了我国钢铁 大发 展有很 大 的坎坷 。抗 爆 建筑 大多 是钢结 构建筑 ， 加快抗爆 建筑的研究 ， 然加快钢 材产 品品种 、 必 质量 的发 展， 加快钢结构在建筑 领域的应用 ， 使我 国钢铁行 业 、 促 钢结构 行 业取 得更大的发展 。
压力一 冲量图 中把钢骨混凝土柱 的破坏模式 分为 ５个分 区 ， 每个 以假定部分结构 构件在爆炸冲击波荷 载作用下遭 到破坏 ， 但是 整 分 区反映了钢骨混凝土柱不 同的破坏原 理和破 坏特点 。魏雪英 、 体结构仍然保 持完整 ， 以防止建筑 结构在爆 炸冲击波 荷载作 用 所 白国良利 用 Ｌ —Ｙ Ａ对爆炸荷 载下钢筋混 凝土柱 的动力 响应进 下 的连续性倒塌将是 一个 非常重要 的研究课题。 ＳＤ Ｎ 行 了数值 模拟 ， 立 了三维 实体钢 筋混 凝土 柱模 型 ， 炸荷 载施 参 考 文 献 ： 建 爆
１ 研 究 背景
我 国是 建筑业大国 ， 是大多数 民营建 筑企业 ， ２ 但 在 ５年前 只
爆 爆 能作劳务 出 口， 在可 作些 分包 工作 ， 大力 气挣 小钱 。正 当我 爆炸 时发生 的爆 炸成 坑 、 炸震 塌 、 炸贯 穿 和爆 炸 冲 切形 态 。 现 花 张湘冀 、 石少卿 等提 出了一种新型 的全 封闭钢一混凝 土一钢夹 层 们有 能力 作总包时 ， 达国家却增设 高门槛来 阻止 。因此我 国建 发 板结 构 ， 它可 以有效保 护结构 内人员 和设 备免受 外部爆 炸荷 载危 筑业企 业必须要有 自己 的 自主知识 产 权来 冲破 这些 门槛 。抗 爆 害。沈 阳建筑大学 张亮在 导师 阎石 指导下 对爆 炸荷 载下 钢筋 混 建 筑是一个很受欢 迎 的知识 产权 体 系 ， 努力 建立 。到那 时 ， 要 中 凝土板的变形及其影 响因素 进行 了软件模 拟分析 ， 并对 钢筋混 凝 国就能承包美 国、 国 、 英 日本 、 国 、 德 加拿 大等 国的抗 爆建 筑 。经 土框 架结构 在不 同距离不 同炸药 量爆 炸荷载 下的损 伤等级 进行 济 学家们很清楚地看 到 ， 中国的建筑 业真正 进入 国际市场 时也就 了研究 ， 为以后 的抗爆设计提供 了参考 。 是 中国经济进入大大提 升的时期 。
坏 ” 总结 了 ３ ０多位 工程 师和 研究 人员对 砌体 结构 在爆 炸 冲击 究 ， ， ０ 分析 了梁 的裂缝 、 应变和挠度变化情 况 ， 发现梁 的破坏 首先从 波荷 载作 用下 的反应和破坏 的研 究成果 ， 最后也 简单论 述 了钢筋 薄 弱处开始 ， 过提高 混凝 土强度 和增 大配 箍率 ， 通 尤其 是对 构 件
取 决于爆炸荷载 的类 型。提高 柱截 面惯性 矩和 混凝 土轴 心抗 压 ［ ］ 李晓军 ， ３ 燕志 良． 反爆 炸 恐怖防护 的基 本思考 ［ ． Ａ］ 中国土
木 工程 学会 防 护 工程 分 会 第 九 次 学术 年 会 论 文 集 ［ ． ｃ］
２ ０ １ ４ —４ １ ０ ４： ４ ６ １ ５ ．
位移 ， 从而提高其抗爆性 能。增加 配箍率也 能显著 提高钢 筋混凝
土柱 的抗 爆性能 。阎石等采 用有 限元 软件 对钢 筋混凝 土框 架柱 ［ ］ 孙 建运 ． ４ 建筑结 构抗爆设 计研 究发展概 述［ ］ 四川建 筑科 Ｊ． 在外部爆炸荷载作用下的非线性反应特征和损伤程度进行 了分 学研 究，０ ７ ３ （ ）４ １． ２ ０ ，３ ４ ： ０
Ｉｔ ｎ ｔｎ ｌ ｏ ｒａ ｏ ｍ ａｔｅｇ ｅｒ ｇ ２０ ２ ） ２ ｎｅ ａｏ ａ Ｊｕｎ ｌ ｆｉｐ ｃ ｎｉ ｅ ｎ ， ０ ０（ ４ ： ３ ・ ｒ ｉ ｎ ｉ １
２ ８ ３．
炸荷载对两种 截面钢 筋混 凝土 柱 的影 响均 可 以忽 略不计 。师燕 钢筋混凝土柱 的三维 有限元 模 型 ， 拟分 析结果 表 明 ： 爆 炸荷 模 在
我 国前 ９个 五 年计 划 ， 了很 大 的 力气 确 立 钢铁 大 国的地 花
位， 来之 不易。最近 ｌ ５年来 钢铁行 业发展 得更 快 ， 国钢 产量 已 我
２ ３ 爆 炸荷 载 下梁 的研 究 ．
瑞典 武器防御研 究所 Ｊ Ｍ ｇｕｓｎ以及 Ｍ． ａ ｇｅ ． ａｎ ｓｏ Ｈ ｌ ｒｎ对 ４ ｌ ９根
混凝 土结构弹性动力分 析的基本 理论和设计方法 。 两端进行箍筋加密 ， 能有效提高梁的抗爆能力 。 丁阳等基于连续损伤力学 和裂缝微观 发展理 论 ， 行 了砌体 ２ ４ 爆 炸荷 载 下柱及 节 点的研 究 进 ． 墙 在爆炸荷载作用下产 生的碎片尺寸分 布分析 ， 并进行 概率 统计 Ｔ Ｄ Ｎ ｏＰ Ａ Ｍ ｎ ｉ等对高强混凝 土柱在爆 炸荷 载作用 下 ． ． ｇ ， ． ． ｅｄｓ
土板在爆炸 冲击波荷 载作 用下 的动力 反应 特 征及破 坏形 态 。江 混凝土柱抗爆性 能的增强 状况 ， 对三 根钢 筋混 凝土 柱 （ 普通 混凝 水德 、 全平对 配筋 高强 混凝土 板进 行 了局部爆 炸 试验 ， 析 了 土柱 ， 郑 分 碳纤 维布加 固柱 以及横 向包裹碳纤 维布一粘 弹性阻 尼层～
分析 ， 得到不 同爆 炸工况下碎片 的概率密度 函数 。
的性能进行 了研究 ， 用 有 限元软 件 Ｌ ． Ｙ Ａ对 不 同爆 炸荷 载 运 ＳＤ Ｎ 作用下 的普通钢筋混凝 土和高强混凝土 柱进行 了模 拟分 析 ， 比 对
２ ２ 爆 炸荷 载 下板 的研 究 ．
Ｚｎｄ ｉ，ａｉｔ ｉｅｄｎ Ｊｃ ｏ等通过试 验研 究 和有 限元 模 拟详 细 研究 了 计算结果得 出， ｎ 高强混凝土柱具有更好 的抗爆 能力 以及 更好 的延 钢板 、 钢筋 混凝土板 以及纤维加 固钢筋混凝 土板和钢 板加 固混凝 性和吸收能量 的能 力。Ｇ ． ｈｎ为了研 究不 同加 固形式 下钢 筋 ＤＣｅ
动力反应特性 、 避免脆性 断裂 的加 固方法 和 已有砌 体结 构的抗爆 动力 响应 。张仲林 则从 改善 混凝 土材料 性能 的角 度对 钢纤 维混 加 固措施 ；９ １年加利福尼亚大学 洛杉矶分 校工程 系为桑地亚 武 凝土梁 的抗爆性 能进 行 了分析 。匡志平 等通 过对 三根 两端 铰接 １５ 器研 究中心出版 了研 究报 告 “ 体结 构 在 冲击 荷载 作 用下 的破 低 配箍钢 筋混凝 土梁 在爆炸 荷载作 用下 的力学性 能进行 试验研 砌
加在柱子 的前 表面 ， 结果 表 明在配 筋率相 似 的情况 下 ， 截面 面积 Ｉ Ｎ ｎｋ ． ｈａ ａｌｒ ｏ ｔ ｌ ｍ ｅ ｕ ｌ ｔＪ ． ｌ ｏａａＴ Ｓ ｅｒＦｉ ｅ ｆ ｅ １ ｕ Ｓ ｅ Ｍｅ ｂｒＤ ｅｔ ａＢａ ｆ ］ ｏ ｓ 对柱子 的动态 响应 具有显著的影 响。当折合距 离 约为 ２ ０时 ， ． 爆
２ 混凝 土 结构抗 爆 设计
２ １ 爆 炸荷 载 下砌体 结 构的研 究 ．
时 间动荷载 作用下 在梁端 部设置 弹性 与阻尼 支承可有 效提 高梁 由于在爆炸空气 冲击 波荷 载作 用下砌 体结 构非 常容 易 发生 的抗力 ； 拱形 结构端 部剪 力响 应均 做 了数 值分 析 ， 出 了厚 跨 对 得 脆性断裂 ， 断裂形成 的碎片在爆炸 冲击波荷 载作用下 形成 高速飞 比对端部动剪力影 响较 大 ， 结构塑性 变形 只对 端部 动剪力第 １个 射的抛体 ， 对人体 造成 极大 伤害 ， ｅｎｓＥ ｍ ｎ等 通过 试验 研究 负 向峰值或第 ２个正 向峰值影 响较大等结论。 Ｄ ｎ ｉ， ａ ｏ 和有 限元模拟 ， 详细研究 了砌块墙 体在爆炸 冲击波荷 载作 用下 的 孙建运 等利 用能量解 析法 分析 了爆炸 荷载 作用 下 弹性 梁 的
收 稿 日期 ：０ ｌ０ —８ ２ １ 一４２
作者简介： 孙国峰（９４ ） 男， １８ ． ， 助理工程师， 西安航天神舟建筑设计院， 陕西 西安 ７０７ １０ ５
第 ０ １ １年 ２ ７卷 ４期 ２ ３ 第 ８月
孙国峰 ： 建筑结构抗 爆研究综述
・４ ９・
凝 土柱在爆炸荷 载下 的性 能进行 了研 究 ， 过 Ｌ — Ｙ Ａ有 限元 每个结 构构 件在爆炸 冲击 波荷载 作用 下都不 破坏 将造成 材料 用 通 ＳＤ Ｎ 模 拟的方法分析 了钢骨混凝 土柱的破坏标 准 以及 破坏模 式 ， 在 量增加 许多 ， 并 导致建筑成本加大 ， 常不 经济 ， 以实 际应用 中可 非 所
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４ ・ ８
第３ ７卷 第 ２ ４期 ２ ０ １１ 年 ８ 月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸ Ｉ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ２ １３ ． ４ Ａｕ ２０１ ｇ． １
文章编号 ：０ ９ ６ ２ （０ ）４ ０ ４ —２ １０ — ８ ５ ２ １ ２ — ０ ８ ０ １
ｔｒ ｅｉ ｎ ｏｓ ｕｔΒιβλιοθήκη Baiduｎ １９ ，（ ）５ －４ ｕａ Ｄ ｓ ｎａｄＣ ｎｔ ｃｉ ，９ ６ １ １ ：１５ ． ｌ ｇ ｒ ｏ
载作 用下 ， 混凝 土柱 的破坏模 式 不仅 和 自身 的特 性有 关 ， 钢筋 还
强度 ， 能够显著 降低 钢筋混凝土柱在爆 炸荷载作 用下 的柱 中水 平
建 筑 结 构 抗 爆 研 究 综 述
孙 国 峰
摘 要： 简要 阐述 了建筑结构抗爆研 究背景 ， 详细分析 了混凝 土结构抗爆 设计研 究现状 及 关键 点 ， 并对 建筑结构 抗爆研
究作 了展 望 ， 旨在 防止建筑结构在爆炸 冲击 波荷 载作 用下的连续性倒塌 。 关键 词 ： 筑结构 ， 建 混凝土 结构 ， 抗爆设计 ， 荷栽 中图分类号 ：Ｕ ７ ．６ Ｔ ９ ３ ３ 文献标识码 ： Ａ 多。张想 柏 、 陈肇元 等人 对有限厚度钢筋 混凝土 板进行 了接触 爆 炸试验以及 Ｌ － Ｙ Ａ有 限元 模 拟 ， ＳＤ Ｎ 归纳 出 钢筋 混凝 土板在 接 触
混凝土强度 、 配筋率和配筋形式对 高强混凝 土结构抗 爆炸振 塌破 纵 向包裹碳纤维 布夹层抗 爆柱 ） 行真 实抗爆 试验 ， 在试 验前 进 并
坏的影响 ， 发现 高强 混 凝 土板 比普 通 混凝 土板 抗 爆 性能 提 高不 利用 Ａ Ｓ Ｓ有 限元程序进行 了爆炸模 拟分 析。孙建运 对钢 骨混 ＮＹ