Page 118 - 《爆炸与冲击》2023年第2期

第 43 卷 郝礼楷，等： JPC聚能装药对钢筋混凝土墙毁伤效应的试验与数值模拟研究 第 2 期

如图 16(a) 和图 17(a) 所示，对于减小空气域范围的数值模拟结果而言，即仅考虑 JPC 高速侵彻对钢
筋混凝土墙的破坏，当炸高为 20 和 30 cm 时，墙体正面漏斗坑直径和深度相当接近，正面漏斗坑直径分
别为 29.2 和 29.6 cm，正面漏斗坑深度分别为 8.6 和 8.5 cm。然而，如图 16 所示，当炸高为 20 cm 时，与大
范围空气域的数值模拟结果相比，减小空气域范围后，墙体正面漏斗坑直径和深度分别由 62.4 和 9.4 cm
降低至 29.2 和 8.6 cm，分别减小 53.2 % 和 8.5 %；墙体背面漏斗坑直径和深度分别由 44.4 和 11.5 cm 降低
至 33.6 cm 和 11.3 cm，分别减小 24.3 % 和 1.7 %。如图 17 所示，当炸高为 30 cm 时，与大范围空气域的数
值模拟结果相比，减小空气域范围后，墙体正面漏斗坑直径和深度分别由 42.2 和 8.9 cm 降低至 29.6 和
8.5 cm，分别减小 29.9 % 和 4.5 %；墙体背面漏斗坑直径和深度分别由 55.6 和 13.1 cm 降低至 48.8 和
12.2 cm，分别减小 12.2 % 和 6.9 %。由此可见，爆炸冲击波对墙体正面漏斗坑直径和背面漏斗坑直径的
影响较为明显，对于正面漏斗坑深度和背面漏斗坑深度的影响并不显著。并且，随着炸高增大，爆炸冲
击波对钢筋混凝土墙的破坏影响明显减弱，这一点与图 14 所示的爆炸冲击波的强度变化特征一致。
上述分析表明，在本文中所研究的工况条件下，钢筋混凝土墙的破坏是 JPC 高速侵彻与爆炸冲击波
联合作用下导致的，聚能装药的多载荷毁伤特性决定了钢筋混凝土墙的破坏结果。爆炸冲击波能够加
剧墙体正面开坑和背面崩落的破坏范围，并且作用影响随着炸高增加而逐渐降低。
3.5 墙体厚度的影响
工程实际中常采用串联侵彻战斗部来对付不同混凝土结构或者相同混凝土结构的不同部位，这一
目标差异可简化为目标厚度多样性问题，因此研究不同厚度混凝土结构在聚能装药作用下的毁伤特性
具有较高的现实价值。对于本文中研究工况而言，大尺寸钢筋混凝土墙毁伤试验需要较高成本，大规模
试验难度较大。因此，在验证模型参数和数值算法正确性的基础上，进一步开展破坏不同厚度钢筋混凝
土墙的数值研究。炸高设置为 20 cm（1.67 倍装药直径），将墙体厚度分别设置为 60 cm（5.0 倍装药直
径）、70 cm（5.80 倍装药直径）、90 cm（7.50 倍装药直径）和 100 cm（8.30 倍装药直径）进行数值模拟，结果如
图 18 和表 8 所示。其中，墙体厚度计为 δ，墙体正面漏斗坑直径和深度计为 D 和 1 H ，墙体背面漏斗坑直
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径和深度计为 D 和 2 H ，内部孔洞直径计为 D 和 3 D ，内部孔洞长度计为 H 。
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表 8 不同厚度钢筋混凝土墙破坏的数值模拟结果
Table 8 Simulation results of reinforced concrete wall with different thickness
δ/cm D 1 /cm D 2 /cm D 3 /cm D 4 /cm H 1 /cm H 2 /cm H 3 /cm H 3 /δ
60 63.2 64.2 5.9 4.6 9.2 8.6 42.2 0.703
70 61.8 52.6 5.9 5.5 9.2 10.6 50.2 0.717
80 62.4 44.4 5.9 5.6 9.4 11.5 59.1 0.738
90 63.4 38.8 5.8 5.7 9.6 13.8 66.6 0.740
100 62.8 27.6 5.8 5.6 9.5 16.2 74.3 0.743

如图 18 所示，当墙体厚度在 60 cm（5.0 倍装药直径）至 100 cm（8.3 倍装药直径）范围内时，JPC 均能
实现有效贯穿，表明本文中 JPC 聚能装药具有良好的破坏效能。如图 19 所示，墙体厚度变化时，墙体正
面漏斗坑直径 D 和深度 H 、侵彻孔洞直径 D 和 3 D 基本保持稳定，变化幅度很小。随着墙体厚度增加，
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墙体背面漏斗坑直径 D 和深度 H 发生明显变化，其中漏斗坑直径 D 呈线性减小趋势，漏斗坑深度
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H 呈线性增大趋势，内部孔洞占比逐渐增加。
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分析原因，对于有限厚度的钢筋混凝土墙而言，JPC 高速侵彻和爆炸冲击波产生的应力波在墙体背
面反射叠加形成拉伸波，拉伸波强度大于混凝土的抗拉强度，背面出现层裂崩落现象。随着钢筋混凝土
墙厚度的增加，侵彻穿孔用时增加，应力波及其产生的反射拉伸波叠加对墙体背面作用时间更长。应力
波传播距离随墙体厚度增大而增加，应力波强度逐渐衰减，叠加产生的反射拉伸波强度也相应降低。大
厚度钢筋混凝土墙能够引起更强的约束作用 [30] ，提高能量吸收能力，抗冲击能力得到增强 [31] ，可以减弱
钢筋混凝土墙的损伤发展 [32] 。因此，随着墙体厚度增加，背面漏斗坑直径 D 逐渐减小，背面漏斗坑深度
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H 逐渐增大。
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