Page 67 - 《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

1.3.3 钢纤维增强多孔混凝土板的防护方案设计
鉴 于 钢 纤 维 增 强 多 孔 混 凝 土 优 越 的 消 波 耗 能 特 性 ， 以 曹 克 磊 [20] 的 研 究 成 果 为 基 础 ， 初 步 选 取
SPA10S5、SAP10S10、SAP10S15 和 SAP10S20 钢纤维增强多孔混凝土作为水下抗爆防护材料，探究了防
护层配比和炸药量对钢纤维增强多孔混凝土板水下抗爆效果的影响，分析了不同的防护方案对被防护
结构的动态响应、毁伤过程及破坏模式等性能的影响。具体的防护方案设计如表 4 所示。为了便于区
分，本研究采用简称代表不同配比的钢纤维增强多孔混凝土板，如 SAP10S15 代表孔隙率为 10%、钢纤维
体积分数为 1.5% 的钢纤维增强多孔混凝土。

表 4 防护方案设计
Table 4 Protection program design
工况 炸药质量/kg 防护层板厚/mm 防护方案配比 RC板厚/mm
1 0.250 100 SAP10S5
2 0.250 100 SAP10S10
3 0.250 100 SAP10S15
4 0.250 100 SAP10S20
150
5 0.375 100 SAP10S15
6 0.500 100 SAP10S15
7 0.625 100 SAP10S15
8 0.750 100 SAP10S15

2 结果与讨论

2.1 毁伤演化过程及防爆毁伤机理
考 虑 到 不 同 配 比 防 护 方 案 下 被 防 护 钢 筋 混 凝 土 板 的 损 伤 演 化 过 程 大 致 相 同 ， 本 小 节 仅 展 示
SAP10S15 配比下 RC 板在 0.25 kg 炸药量（工况 3）下的毁伤过程，如图 5 所示。可以看出：0.04 ms 时，冲
击波传播至 RC 板的上表面并形成压应力，随后在 0.09 ms 时传播至下表面；0.13 ms 时，RC 板上表面受
压破坏加重，下表面因冲击波反射形成的拉伸波开始出现剥落损伤；0.18 ms 时，冲击波已传播至整个
RC 板，其下表面中心出现明显的剥落损伤，侧表面受反射波影响开始出现剥落损伤；随着冲击波传播时
间的增加，0.25 ms 时，RC 板的损伤达到最大，上表面表现为明显的爆坑，且板的四周伴有环形裂纹，下表
面的剥落区出现向四周延伸的裂缝。

Effective plastic strain

2.0
1.8
Top surface 1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
Back surface 0.4
0.2
0
0.04 ms 0.09 ms 0.13 ms 0.18 ms 0.25 ms
图 5 钢筋混凝土板的损伤演化过程
Fig. 5 Damage evolution in reinforced concrete slabs
高应变率下钢纤维增强多孔混凝土中纤维含量的变化对其材料本身的消波吸能及强韧性有较为显
著的影响。现有研究已表明，纤维类增强混凝土的抗冲击性能明显优于传统混凝土 [26-28] ，同时纤维材料
的掺入能够明显提高混凝土材料的应变能密度，进而提高其吸能能力，使冲击波在其内部传播时发生显
著衰减 [29-31] ，因此，采用钢纤维增强多孔混凝土进行抗爆防护具有一定的工程价值。本研究发现，钢纤维

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