Page 93 - 《爆炸与冲击》2023年第2期

第 43 卷 刘志东，等： 高聚物牺牲包层对钢筋混凝土板的爆炸毁伤缓解效应 第 2 期

接触爆炸试验装置如图 5 所示。在试验开始前，首先将钢筋混凝土板安装在特制的钢框架上，板的
两边嵌入钢框架的卡槽内，然后将高聚物板覆盖在钢筋混凝土板的顶面充当牺牲包层，通过螺栓使 PU-
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RCS 处于两端固定的边界条件下。试验采用密度为 1.05 g/cm ，爆速为 4.2～5.0 km/s 的岩石乳化炸药。
称取 50 g 炸药置于高聚物牺牲包层迎爆面的中心处，药包形状采用球形装药。将普通非电导爆管雷管
插入球形药包中心作为起爆装置，用于引爆炸药。在对照组中，炸药直接放置于钢筋混凝土板的中央，
除此之外，其他试验条件均相同。

(a) Field test device
PU sacrificial cladding Explosive Bolt Explosive
Bolt

RC slab
RC slab Steel frame

Steel frame

(b) Test group (c) Control group
图 5 现场试验装置及示意图
Fig. 5 Field test device and its schematic diagram

2 数值模型

由于现场爆炸试验具有极高的危险性和试验成本，因此进行爆炸试验的机会是宝贵的。随着计算
机技术的快速发展，数值模拟已成为研究爆炸荷载作用下结构动态响应的重要手段之一。本文中基于
AUTODYN 软件建立了接触爆炸作用下 PU-RCS 的三维精细化耦合模型，并通过数值模型深入探究高聚
物牺牲包层对钢筋混凝土板的爆炸缓解效应。

2.1 SPH-FEM 耦合模型
建立的 SPH-FEM 耦合模型如图 6所示，耦
PU: SPH Explosive: SPH
合模型和现场爆炸试验中对应结构的物理尺寸
相 同 。 在 S P H - F E M 耦 合 模 型 中 ， 混 凝 土 由
Lagrange 网格建模，钢筋由 Beam 单元建模，炸药
和高聚物牺牲包层由 SPH 粒子建模。Lagrange
和 Beam 单元的网格尺寸均为 5 mm，混凝土由
Fixed
1 2 0 0 0 0 个 L a g r a n g e 实 体 单 元 组 成 ， 钢 筋 由 Fixed
752 个 Beam 单元组成。构成炸药和高聚物牺牲 Concrete: Lagrange Steel bar: Beam
包层的 SPH 粒子的直径均为 5 mm，其中 50 g 炸
图 6 SPH-FEM 耦合模型
药所包含的 SPH 粒子数为 344，而高聚物牺牲包
Fig. 6 SPH-FEM coupling model

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