Page 145 - 《爆炸与冲击》2025年第9期

第 45 卷 吴 昊，等： CFRP布加固砌体填充墙抗爆分析与设计 第 9 期

strengthening method be advocated, followed by the vertical two-way and horizontal full-cover strengthening methods. In
contrast, the vertical full-cover and mixed three-way strengthening methods are not recommended. Finally, to simultaneously
satisfy the conditions of intact CFRP, no scattering debris and the peak central deflection than wall thickness to meet the blast-
resistant design goal, the ranges of the scaled distance of the prototype masonry infilled walls with different arrangements of tie
bar (non-/cut-off/full-length tie bar) that need to be strengthened under typical sedan (227 kg equivalent TNT) and briefcase
bombs (23 kg equivalent TNT) specified by Federal Emergency Management Agency explode at different scaled distances are
1/3
1/3
determined to be 0.8–2.0 m/kg and 0.2–1.2 m/kg , respectively. The suggestions for the optimal number of CFRP sheet
layers for effective blast-resistant design are further provided. The arrangement of the tie bar has little effect on the optimal
number of strengthening layers, only affecting the critical scaled distance at which the wall needs to be strengthened.
Keywords: blast loads; masonry infilled walls; carbon fiber reinforced polymer; blast-resistant strengthening; blast-resistant
design

在工业生产和人民生活中，危险化学品和燃气等意外爆炸以及恐怖主义蓄意爆炸袭击可导致重大
社会影响和经济损失。砌体填充墙作为非结构围护构件，被广泛应用于工业和民用建筑领域，由于其平
面尺寸大和面外抗力弱等特点，在爆炸荷载作用下极易发生局部砌块破碎飞散和墙体整体倒塌破坏，从
而威胁建筑结构内部人员和设备的安全。据美国国防部统计，爆炸事件中墙体和玻璃等飞散碎片的二
次伤害导致人员伤亡的比例高达 60% 。因此，开展砌体填充墙的抗爆性能评估及加固设计研究，对于
[1]
提升建筑结构的抗爆能力、保障人民生命财产安全具有重要的工程意义。
纤维增强聚合物（fiber reinforced polymer，FRP）具有轻质、高强、耐久性优异和施工便捷等优点，已
被广泛应用于结构抗震加固领域 [2-3] ，其中碳纤维增强聚合物（carbon fiber reinforced polymer，CFRP）具有
弹性模量高和热膨胀系数小等优点，应用最广泛。近年来，部分学者逐步开展了外贴 CFRP 布加固砌体
1/3
1/3
墙抗爆性能的研究。对于墙板类构件，Orton 等 [4] 定义，比例距离 Z＞1 m/kg （Z=R/W ，R 为爆心到墙体
的距离，W 为炸药的等效 TNT 当量）时为远区爆炸，Z≤0.4 m/kg 1/3 时为近区爆炸，介于两者之间时属于中
远区爆炸。试验研究方面，Shi 等 [5] 通过野外爆炸试验研究了实心黏土砖砌体填充墙在近区（比例距离
为 0.40 和 0.22 m/kg ）爆炸作用下的动力行为，发现近区爆炸作用下砌体墙的破坏模式主要为迎爆面局
1/3
部开坑和背爆面大面积剥离。Muszynski 等 [6] 开展了 CFRP 布加固原型混凝土砌块砌体填充墙抗爆试
1/3
验，比例距离范围为 1.54 m/kg ≤Z≤3.72 m/kg ，结果表明，CFRP 布加固墙体在爆炸荷载作用下的残余
1/3
位移较未加固墙体减小约 98%。Chen 等 [7] 开展了 12 组 1/2 缩尺的 CFRP 布加固黏土砖砌体填充墙的野
外爆炸试验，比例距离范围为 1.8 m/kg ≤Z≤10.0 m/kg ，结果表明，CFRP 布加固能有效减小墙体的面
1/3
1/3
外动态响应，峰值和残余位移较未加固墙体分别减小 43% 和 92%。万军 [8] 开展了 5 组 1/2 缩尺未加固和
不同层数 CFRP 布加固混凝土砌块砌体填充墙的野外爆炸试验，比例距离为 0.204 m/kg ，结果表明，
1/3
CFRP 布可有效约束墙体的面外运动，抑制裂缝的产生和发展，减轻墙体的局部和整体损伤破坏。Li 等 [9]
开展了燃气爆炸荷载作用下 CFRP 布加固黏土砖砌体填充墙的抗爆性能试验，发现相较于未加固墙体，
采用 CFRP 布均匀和集中（集中布置于墙体背爆面中心）加固的填充墙中心面外峰值位移可分别减小
1/3
1/3
81% 和 92%。Tan 等 [10] 开展了 18 面原型砌体墙的野外爆炸试验，比例距离范围为 2.0 m/kg ≤Z≤4.2 m/kg ，
研究了墙体厚度、FRP 类型、加固层数和位置以及 FRP 锚固方式对墙体抗爆性能的影响，但由于爆炸荷
载较小，所有墙体均处于弹性阶段，未呈现不同的破坏模式。
在 CFRP 布加固砌体填充墙抗爆性能数值模拟研究方面：胡嘉辉等 [11] 采用精细分离建模方法建立
了近区爆炸荷载作用下砌体墙中的砌块和砂浆的有限元模型，进一步讨论了不同的爆炸荷载施加方式
（Load Blast 法、任意拉格朗日-欧拉法和冲量法）对预测墙体损伤破坏和动态响应的适用性；Chen 等 [12]
采用简化分离建模方法（砂浆层简化为接触，砌体墙简化为扩展砌块的组合体）建立了爆炸荷载作用下
砌体墙的有限元模型，并提出了模型中表征界面接触关系的内聚力接触参数确定方法；Hao 等 [13] 将砌体
墙视为连续均质材料，建立了爆炸荷载作用下砌体墙的宏观均质模型，并进一步提出了基于比例距离的
含填充墙钢筋混凝土框架结构的损伤等级划分标准；Alsayed 等 [14] 采用数值模拟方法分析了 FRP 端部锚

095101-2