Page 62 - 《爆炸与冲击》2025年第5期

第 45 卷 汤长兴，等： 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 第 5 期

SAP10S10, SAP10S15 and SAP10S20) with different fiber ratios and explosive mass were studied, and the prediction curve of
damage level of reinforced concrete slabs was constructed. The results show that the numerical simulation results are in good
agreement with the experimental results, which verifies the effectiveness of the simulation method. Under the underwater
contact explosion, the addition of protective layer of steel fiber reinforced cellular concrete can effectively reduce the damage
degree of protected reinforced concrete (RC) slab, and its influence on the damage degree of RC slab decreases first and then
increases with the increase of steel fiber volume fraction in the protective layer. Among them, the anti-explosion protection
effect of protective layer of SAP10S15 ratio is the best. When the amount of explosive increases within a certain range, the
protective layer of SAP10S15 ratio can still maintain a high proportion of energy consumption and effectively reduce the
damage degree of the RC plate. When the amount of explosive is 0.25 kg, the damage index of RC slabs strengthened with
protective layer of SAP10S15 has the most obvious attenuation compared with the unprotected scheme, which is 42.5%, and
the damage level is reduced from serious damage to moderate damage. The prediction curve of constructed damage level can
directly evaluate the influence of steel fiber volume fraction/explosive amount on the damage degree of RC panel. The above
research results can provide reference for the anti-explosion protection design of wading concrete structures.
Keywords: underwater contact explosion; steel fiber reinforced cellular concrete slab; failure mode; damage level prediction

近年来国际局势动荡不安，爆炸和恐怖袭击等事件愈发频繁。大坝、水电站及港口等具有重大战略
意义的建筑物一旦失事，将带来无法估量的人员伤亡和经济损失。此外，已有学者发现，混凝土板 [1-2] 、桩
柱和大坝 [3-5] 等混凝土结构在水环境介质中的毁伤程度较空气介质中更显著。因此，如何提高水下建筑
物的抗爆性能，设计或加强水下建筑物的抗爆防护能力具有重要意义。
为减小爆炸荷载对混凝土结构的影响，通常对混凝土结构构件进行局部优化或加固来提高结构自
身的抗爆性能 [6-8] ，但该方法多适用于在建或正在规划设计的建筑物。对于既有建筑的防爆加固，主流技
术措施是采用喷涂复合材料或外置复合材料结构以提高结构的抗爆性能。如 Wang 等 [4] 在混凝土板背
爆面喷涂聚异氰氨酸酯噁唑烷聚合物高分子材料，发现其能大大提高钢筋混凝土（reinforced concrete，
RC）板的抗爆性能，有效防止混凝土结构碎片的飞溅和冲击波传递。Shi 等 [9] 将编织玻璃纤维网与聚氨
酯结合形成复合涂层，并通过现场试验验证了复合涂层对 RC 板性能的加固。Liu 等 [10] 通过在结构外侧
添加聚氨酯聚合物防护层来保护混凝土结构，结果表明高分子聚合物防护层具有良好的防护性能。刘
佳等 [11] 发现硬质聚氨酯泡沫作为分层材料能有效削弱爆炸波的传递。Liu 等 [12] 的研究结果表明，在近
场爆炸作用下，聚氨酯防护层能有效分散爆炸荷载，改变 RC 板的破坏模式，表现出良好的防护性能。在
混凝土结构表面喷涂聚氨酯等复合材料可有效提高抗爆防护性能，但喷涂处理需专业设备，不适用于水
下建筑。因此，对于既有水下混凝土构件，在其外侧添置复合防护结构能简单有效地提高其抗爆性能。
如孔祥清等 [13] 采用泡沫填充负泊松比蜂窝夹层结构对混凝土构件进行加固，综合考虑泡沫密度、比例爆
距和填充材料等因素对复合结构抗爆性能的影响。Cao 等 [14] 采用波纹钢-混凝土组合结构加固墙面板，
结果表明，改变复合结构中波纹钢的形状参数能够有效提高吸能效果，减轻墙面板的损伤。Yu 等 [15] 研
究了波纹钢素混凝土结构在爆炸荷载作用下的动力响应及防爆机理，发现表面波纹钢能够减弱混凝土
的散裂效应和局部坍塌，保证结构内部的安全。赵春风等 [16] 发现波纹双钢板-混凝土组合墙板相较于传
统的平面双钢板-混凝土组合墙板，具有更优的抗冲击和抗震性能。聚氨酯等聚合物涂层在水环境中的
施工难度大，且钢-混凝土复合结构与原有混凝土结构衔接难度大等问题，一定程度上阻碍了混凝土结构
在涉水建筑的抗爆防护领域的应用与发展。
多孔混凝土作为一种新型工程材料，具有密度低、成本低、制造工艺简单和消波吸能等特殊工程特
性，在结构减振隔振、缓冲吸能和抗爆防护等方面有广泛的应用前景。然而，多孔混凝土材料存在强度
低、韧性差等不足，限制了其在工程结构抗爆领域的推广和应用。鉴于此，国内外学者通常会掺入一定
的辅助材料来改善其力学性能，如聚丙烯纤维 [17] 、碳纤维 [18] 和钢纤维 [19] 等材料。曹克磊 [20] 开展了钢纤
维增强多孔混凝土的静动态力学性能研究，证实了通过掺入适量纤维能够有效改善多孔混凝土材料的

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