Page 72 - 《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

由下表面和侧表面“剥落厚度与长度的乘积”及上表面“爆坑直径与深度的乘积”面积之和计算。对
于结构中关键的混凝土构件，例如桥梁中的桥墩和梁，它们通常承受超过其设计承载能力 50% 的服务载
荷。以文献 [32] 中提出的损伤划分方法为基础，开展了被防护钢筋混凝土板的损伤评估，损伤等级定义
如下：0≤D≤0.1 时，损伤等级为轻度破坏；0.1＜D≤0.25 时，损伤等级为中度破坏；0.25＜D≤0.5 时，损伤
等级为严重破坏；0.5＜D≤1 时，损伤等级为完全破坏。
增设不同配比钢纤维增强多孔混凝土防护方案，RC 板在不同配比防护方案下的损伤面积指数如
图 11(a) 所示，其中 RC 对应无防护方案的损伤面积指数。由图 11(a) 可知，在 4 种不同配比防护方案
（SAP10S5、SAP10S10、SAP10S15、SAP10S20）下，RC 板的损伤面积指数 D 分别为 0.250、0.229、0.210 和
0.221，均属于中度破坏。不难发现，随着钢纤维体积分数的增加，RC 板的损伤面积指数 D 表现为先减小后
增大的趋势，当防护层中钢纤维体积分数为 1.5% 时，D 衰减最明显，相较于无防护方案降低了 42.5%。

0.06 0.40 0.10 0.7

Damage area 0.36 0.08 Damage area 0.481 0.612 0.6
0.365
D
D
Damage area of RC plate/m 2 0.04 0.250 0.32 D Damage area of RC plate/m 2 0.06 0.365 0.210 0.286 0.375 0.5 D
0.05
0.03
0.4
0.04
0.28
0.3
0.02
0.01
0 0.229 0.210 0.221 0.24 0.02 0 0.2
0.1
0.20
RC SAP10S5 SAP10S10 SAP10S15 SAP10S20 RC 0.250 Explosive mass/kg 0.625 0.750
0.500
0.375
Protective layer material ratio
(a) Different steel fiber volume fractions (b) Different explosive masses
图 11 损伤指数
Fig. 11 Damage index
增设 100 mm 厚的 SAP10S15 配比钢纤维增强多孔混凝土防护层，不同炸药量与 RC 板损伤面积指
数 D 的关系如图 11(b) 所示，其中 RC 为 0.25 kg 炸药量下的无防护方案。由图 11(b) 可知，RC 板在 0.250、

0.375、0.500、0.625 和 0.750 kg 炸药量下的损伤面积指数分别为 0.210、0.286、0.376、0.482 和 0.613，
RC 板的损伤面积指数随着炸药量的增加而不断上升。当炸药量为 0.250 kg 时，损伤面积指数为 0.21，属
于中度破坏；当炸药量为 0.375、0.500 和 0.625 kg 时，RC 板的损伤面积指数分别为 0.286、0.376 和 0.482，
属于严重破坏；当炸药量为 0.750 kg 时，RC 板损伤指数为 0.613，属于完全破坏。不难发现，当炸药量为
0.250 kg 时，RC 板的损伤指数相较于无防护方案降低了 42.5%，损伤等级由严重破坏降为轻度破坏，说明
增设 SAP10S15 配比防护层能够有效吸收冲击波能量，从而有效缓解冲击波对 RC 板造成的损伤。

2.4.2 损伤等级预测
为得出防护层材料配比与炸药质量对 RC 板损伤程度的影响，分别在不同配比防护方案（SAP10S5、
SAP10S10、SAP10S15、SAP10S20）加固下进行了 5 种炸药量（0.250、0.375、0.500、0.625 和 0.750 kg）的防
爆效果模拟，并将结果按损伤程度进行分类。在此基础上，依据损伤面积指数的定义拟合出 RC 板的损
伤等级预测曲线，如图 12 所示。预测曲线 1 为严重破坏和完全破坏的分界线：
(V f −1.502) 2
ω = 0.599+0.045e − 0.416 0.25 kg≤ω≤0.75 kg (11)
ω 为炸药质量，kg；V 为钢纤维体积分数，%。预测曲线 2 为中度破坏和严重破坏的分界线：
f
式中：
(V f −1.502) 2
ω = 0.244+0.079e − 0.416 0.25 kg≤ω≤0.75 kg (12)
基于接触爆炸作用下被防护 RC 板的剥落损伤，RC 板在不同工况下的损伤面积指数拟合结果如图 13

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