Page 61 - 《爆炸与冲击》2025年第5期

第 45 卷 第 5 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 45, No. 5
2025 年 5 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES May, 2025

DOI：10.11883/bzycj-2024-0239

钢纤维增强多孔混凝土板水下接触爆炸

防爆机理及损伤等级预测 *

汤长兴 ，曹克磊 ，赵 瑜 ，张建伟 ，黄锦林 ，吕孟杰 2
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（1. 华北水利水电大学土木与交通学院，河南 郑州 450045；
2. 华北水利水电大学水利学院，河南 郑州 450046；
3. 广东省水利水电科学研究院，广东 广州 510610）
摘要： 为探究钢纤维增强多孔混凝土材料的水下抗爆防护效果，采用光滑粒子流体动力学与有限元耦合方法建
立了“水体-炸药-防护层-钢筋混凝土板”的三维精细化仿真模型，研究了不同纤维配比钢纤维增强多孔混凝土防护
层（SAP10S5、SAP10S10、SAP10S15 和 SAP10S20）和不同炸药质量影响下被防护钢筋混凝土板的损伤演化过程、破坏
模式及失效机理，并构建了钢筋混凝土板的损伤等级预测曲线。研究结果表明：水下接触爆炸荷载下，增设钢纤维增
强多孔混凝土防护层能够有效降低被防护钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）板的损伤程度，且其对 RC 板损伤程度的
影响随防护层中钢纤维体积分数的增加呈先减小后增大的规律，其中 SAP10S15 配比防护层的抗爆防护效果最优；炸
药量在一定范围内增大时，SAP10S15 配比防护层依然能维持较高的耗能占比，有效降低 RC 板的损伤程度；当炸药量
为 0.25 kg 时，相较于无防护方案，SAP10S15 配比防护层加固下 RC 板的损伤指数衰减最明显，为 42.5%，损伤等级由严
重破坏降为中度破坏。构建的损伤等级预测曲线能够直观评估钢纤维体积分数和炸药量对 RC 板损伤等级的影响。
关键词： 水下接触爆炸；钢纤维增强多孔混凝土板；失效模式；损伤等级预测
中图分类号： O383; TJ55 国标学科代码： 13035 文献标志码： A

Study on explosion-proof mechanism and damage level prediction of steel
fiber reinforced cellular concrete slab in underwater contact explosion

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TANG Changxing , CAO Kelei , ZHAO Yu , ZHANG Jianwei , HUANG Jinlin , LYU Mengjie 2
（1. School of Civil Engineering and Transportation, North China University of Water Resources and Electric Power,
Zhengzhou 450045, Henan, China;
2. School of Water Conservancy, North China University of Water Resources and Electric Power,
Zhengzhou 450046, Henan, China;
3. Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower, Guangzhou 510610, Guangdong, China）

Abstract: In order to explore the underwater anti-explosion protection effect of steel fiber reinforced cellular concrete
materials, the damage process of reinforced concrete slabs under underwater contact explosion was reproduced by the coupling
method of smoothed particle hydrodynamics and finite element method (SPH-FEM). The validity of the simulation method
was verified by comparing with the experimental results. On this basis, a three-dimensional refined simulation model of water-
explosive-protective layer-reinforced concrete slab was established by the SPH-FEM coupling method. The damage evolution
process, failure mode and failure mechanism of protective layer of steel fiber reinforced cellular concrete (SAP10S5,

* 收稿日期： 2024-07-16；修回日期： 2024-09-05
基金项目： 国家自然科学基金（51779168）；河南省自然科学基金青年基金项目（252300421557）；河南省高等学校重点科研
项目（24A570002）；天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室开放基金（HESS-2230）
第一作者： 汤长兴（1999－ ），男，硕士研究生，tangchangxing2023@163.com
通信作者： 曹克磊（1990－ ），男，博士，讲师，caokelei456@163.com

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