Page 71 - 《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

E 1 ，钢纤维增强多孔混
混凝土板的耗能占比，引入一种新的指标，即耗能分担率。记水体吸收的能量为
E 3 ，则：
凝土板吸收的能量为 E 2 ，钢筋混凝土板吸收的能量为
E n
K n = (9)
E 1 + E 2 + E 3
K n 为耗能分担率，即各部分吸收能量占比，n=1, 2, 3。
式中：
在无防护方案下，结构的耗能主要由水体和 RC 板两部分承担，其中水体分担了大部分能量。增设
不同配比钢纤维增强多孔混凝土防护层，水体、防护层和钢筋混凝土板 3 部分耗能占比如图 10(a) 所示，
RC 为无防护方案。由图 10(a) 可知，防护层吸收了绝大部分能量，其次为水体，RC 板的耗能占比最少。4 种
不同配比防护方案下（SAP10S5、SAP10S10、SAP10S15、SAP10S20），防护层的耗能分担率分别为 79.68%、
80.20%、81.03% 和 80.87%，均在 80% 左右，而 RC 板的耗能分担率分别为 0.36%、0.35%、0.31% 和
0.33%，远低于防护层，说明钢纤维增强多孔混凝土防护层能够吸收大部分爆轰能量，使被防护钢筋混凝
土板所受冲击显著削弱。不难发现，随着钢纤维含量的增加，防护层的吸能占比先增大后减小，说明钢
纤维体积分数能够直接影响吸能效果。当防护层配比为 SAP10S15 时，吸能效果最优，相应的 RC 板耗
能在同孔隙率防护方案下的占比最小，建议采用 SAP10S15 配比防护方案对涉水建筑进行抗爆防护。

Water 80.87 Protective layer RC slab 0.750 21.69 Water 78.12 Protective layer RC slab
Protective layer material ratio SAP10S15 18.65 81.03 0.31 0.33 Explosive mass/kg 0.625 21.10 78.70 0.20 0.750 0.19
0.19
18.81
SAP10S20
0.33
SAP10S20
0.625
0.20
0.500
20.73
79.02
0.25
SAP10S15
0.31
19.46
0.35
SAP10S10
80.20
0.500
0.25
0.375
80.06
0.29
19.65
SAP10S10
0.35
0.375
0.29
19.96
79.68
SAP10S5
0.36
81.26
0.35
18.39
0.250
0.36
0.35
RC
40
100 120 140 160 180
100 120 140 160 180
40
0 20 86.59 60 80 13.41 SAP10S5 99 100 RC 0 20 86.59 60 80 13.41 0.250 99 100
Energy consumption sharing rate/% Energy consumption sharing rate/%
(a) Different steel fiber volume fraction (b) Different explosive masses
图 10 耗能分担率
Fig. 10 Energy consumption sharing ratio
增设 100 mm 厚的 SAP10S15 配比防护层，炸药量分别为 0.250、0.375、0.500、0.675 和 0.750 kg，其余
参数均不变。水体、保护层和混凝土板 3 部分的耗能分担率如图 10(b) 所示。由图 10(b) 可知，5 种炸药
量下防护层的耗能分担率分别为 81.26%、80.06%、79.02%、78.70% 和 78.12%，耗能分担率随着炸药量的
增大而减小。不难发现，当炸药当量大幅提高时，防护层的耗能分担率仍维持在较高占比（80% 左右），
说明在接触爆炸作用下，钢纤维增强多孔混凝土防护层能吸收大部分爆轰能量，使 RC 板所受冲击显著
削弱。

2.4 损伤等级划分及预测

2.4.1 损伤等级划分
为了更加深入地探究钢纤维增强多孔混凝土的水下抗爆防护性能，引入损伤面积指数 D，分析防护
层配比、炸药质量与 RC 板损伤等级之间的关系：
A 1 + A 2 + A 3
D = (10)
A 0
A 1 为 A 2 为 A 3 为 板侧表面的损伤
式中： RC 板上表面的爆坑损伤面积， RC 板下表面的剥落损伤面积， RC
A 0 为 RC 板的截面面积。
面积，
考虑到混凝土构件难以准确获取剥落面积和几何边界，采用一种简化的方法进行计算。剥落面积
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