Page 150 - 《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

0.01T T 0.045S S
G ⅠC = = , G ⅡC = = (13)
0.3 30 0.9 20

1.3.2 CFRP 布与墙体间接触
采用*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE_TIEBREAK（OPTION 取值为 2）接触关
键字表征 CFRP 与砌块之间的黏结关系，即当界面法向拉伸应力 σ n 和切向剪应力 σ s 满足以下关系时，
CFRP 和墙体发生脱粘：
Å ã 2 Å ã 2
|σ n | |σ s |
+ ≥1 (14)
σ NFLS σ SFLS
式中：σ NFL S 和 σ SFL S 分别为界面的法向拉伸和切向剪切强度。对于粘贴 CFRP 布的环氧树脂胶，取
σ =35 MPa，σ =15.5 MPa 。
[7]
NFLS SFLS
工程中，CFRP 布与结构框架间通常采用角钢固定，因此，采用*BOUNDARY_SPC_SET 关键字约束
CFRP 布边界节点的平动和转动自由度。此外，考虑到框架刚度远高于填充墙的刚度，采用*MAT_RIGID
材料模型将框架简化为刚体，并约束其各方向的位移和转动自由度。

1.4 爆炸荷载施加方式
1/3
采用关键字*LOAD_BLAST_ENHANCED 施加爆炸荷载，其适用的比例距离范围为 0.147 m/kg ≤
Z≤40 m/kg 。通过输入等效 TNT 当量、爆炸位置和爆炸类型（空中爆炸和地面爆炸）确定作用于受荷
1/3
面不同单元的爆炸反射压力时程。与任意拉格朗日-欧拉爆炸荷载施加方法相比，该方法避免了装药和
空气的详细建模，从而提高了计算效率，且更便于工程设计人员使用。

2 有限元分析方法验证

基于 Shi 等 、万军 [8] 和 Chen 等 [7] 开展的 9 组未加固和 CFRP 布加固砌体填充墙野外爆炸试验，对
[5]
第 1 节中提出的 CFRP 布加固砌体填充墙抗爆有限元分析方法进行验证。
2.1 Shi 等 的试验
[5]
Shi 等 [5] 开展了 2 组实心黏土砖砌体填充墙的近区爆炸试验。圆柱形 TNT 炸药装药量分别为 1 和
1/3
6 kg，炸药布置于墙体中心前 400 mm 处，炸药底部面向墙体中心，比例距离分别为 0.40 和 0.22 m/kg 。
两面填充墙尺寸均为 1 200 mm×1 500 mm×240 mm，砌块尺寸为 240 mm×115 mm×53 mm，采用一顺一丁
工艺进行砌筑，砂浆层厚度为 10 mm。砌块和砂浆的平均抗压强度分别为 15.5 和 4.9 MPa。在墙体（测
点 1、测点 2 和测点 3）和框架上（测点 4）布置 4 个超压传感器，用来测量作用于墙面的反射超压，如
图 6(a) 所示。图 6(b) 给出了相应的简化分离模型，基于网格敏感性分析，砌体填充墙单元网格尺寸取
10 mm，框架单元网格尺寸取 20 mm。基于规范公式得到砌体单轴抗压强度 f 和弹性模量 E 分别为
m
4 和 6 599 MPa，由式 (1) 得出，RHT 材料模型输入抗压强度 f 和剪切模量 G 分别为 5.4 和 3 760 MPa；扩展
砌块间接触的 6 个关键参数 K 、K 、T、S、 G ⅠC 和 G ⅡC 的取值分别由式 (11)～(13) 计算得出，其中 K 和
n
n
s
1 200 mm

Gauge 1
Gauge 1
Gauge 2 Gauge 3 1 500 mm Gauge 2 Gauge 4
Gauge 4 Gauge 3

Mortar Brick

(a) Test setup [5] (b) Simplified micro-model (c) Detailed micro-model

图 6 试验布置 和有限元模型
[5]
[5]
Fig. 6 Test setup and finite element model

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