Page 135 - 《爆炸与冲击》2026年第01期

第 46 卷 李军润，等： RC箱型结构内爆炸载荷特性和动力行为分析 第 1 期

changes from 0.457 to 1.220. Finally, based on the total impulse and maximum displacement response of each component
under free-field explosion loads, a calculation method for the impulse and damage enhancement coefficient was proposed
based on the venting area, effectively predicting the internal explosion load and the structure’s dynamic behavior at various
venting coefficients.
Keywords: internal explosion; RC box structure; load characteristics; dynamic behavior

钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）箱型结构是构成房屋、枪支弹药库以及地下车站等建筑物结构
[1]
的基本单元 。近年来，恐怖袭击活动和公共安全事故频发，对 RC 箱型结构的抗爆安全性能构成了巨
大威胁。例如，2008 年印度金融中心孟买发生连环爆炸袭击，袭击者对周围酒店、医院和居民住宅等场
[2]
所投掷炸药，共造成 195 人遇难 。因此，深入分析 RC 箱型结构在内爆炸作用下的载荷特性和动力行
为，对于结构安全设计和损伤评估具有重要意义。
与自由场爆炸工况 [3-5] 不同，内爆炸作用下会形成反射波与入射波以及反射波之间的相互叠加，使
得内爆炸载荷的确定异常复杂。同时，内爆炸载荷因其能量无法向外自由扩散，导致结构承受的压力和
损伤破坏更严重 [6-7] ，显著增加了结构动力行为的预测难度 [8-9] 。
学者们针对内爆炸作用下的结构载荷和动力特性进行了大量试验研究，主要关注以舰船等金属舱
室结构的载荷特征 [10-12] 、破坏模式 [13-15] 及其破坏范围 [16-18] 等，而针对 RC 箱型结构的抗爆试验研究相对
较少。其中，Park 等 [19] 开展了 2 个深埋隧道型 RC 箱型结构（内部净空尺寸为 1 500 mm×1 500 mm×
1 500 mm）的内爆炸试验，结果表明，在相同炸药当量下，增大结构通风面积且采用高强度混凝土可有效
减弱结构的损伤程度。Feldgun 等 [20] 和 Edri 等 [21] 利用 RC 箱型爆炸试验室（内部净空尺寸为 2 900 mm×
2 900 mm×2 700 mm）开展了一系列内爆炸试验研究，发现壁面压力关于结构中心左右对称，呈 W 形分
布。柏小娜等 [22] 和杨亚东等 [23] 利用足尺 RC 箱型结构（内部净空尺寸为 4 800 mm×4 800 mm×2 660 mm）
开展了完全密闭条件下的内爆炸试验，得到了相同的结论。柏准等 [24] 开展了 1/3 缩尺带门窗洞口的
RC 箱型结构（内部净空尺寸为 1 930 mm×1 930 mm×1 340 mm）内爆炸试验，通过分析多次内爆炸作用下
RC 墙体的损伤累积效应，发现随着 TNT 当量增加（从 95.3 g 增加至 400 g），RC 墙体的破坏模式逐渐由
弯曲破坏过渡为弯剪破坏，并最终转变为完全剪切破坏。
在结构内爆炸数值模拟研究方面，Zyskowski 等 [25] 利用商用有限元软件 AUTODYN 进行了足尺结
构的内爆炸模拟研究，发现 AUTODYN 软件能够准确预测密闭空间内壁面的超压载荷特征。之后，
Hu 等 [26] 利用 AUTODYN 对内爆炸作用下结构内壁面及角隅处的载荷特征进行了数值模拟，发现结构角
隅处的峰值超压约为结构中心处的 2 倍以上。Guo 等 [27] 采用商用有限元软件 LS-DYNA 分别对自由场
爆炸和内爆炸作用下结构表面的载荷特征进行了数值模拟，结果表明，内爆炸作用下，RC 墙体中心点的
超压和表面总压力分别为自由场爆炸时的 1.79 和 11.13 倍，且内爆炸作用下的墙体变形和损伤程度更加
显著。Kim 等 [28] 开展了 2 种 TNT 当量（2 和 3 kg）内爆炸作用下典型 RC 公寓结构的损伤破坏分析，发现
考虑炸药后燃烧效应的数值模型可以更加准确地预测结构的动力行为。此外，部分学者针对泄爆口面
积对内爆炸载荷特性的影响机制开展了研究，并推导了含泄爆条件的准静态压力计算公式 [29-31] ，结果表
明，内爆炸过程中，准静态压力阶段的衰减规律与泄爆面积密切相关，泄爆面积越小，压力衰减越慢，结
构损伤越严重。
综上所述，已有关于 RC 箱型结构内爆炸载荷特性及其动力行为的研究还存在以下不足：(1) 泄爆面
积和结构尺寸对构件内壁面爆炸载荷时空分布特征的影响，特别是角隅处的载荷汇聚效应，仍需进一步
明确；(2) 针对泄爆面积的影响分析仍侧重于准静态压力阶段 [32-33] ，针对泄爆面积对结构动力行为的影响
的研究工作较少；(3) 内爆炸作用下 RC 箱型结构的毁伤等级评估中，评价准则（峰值超压或冲量）有待进
一步深入研究商榷。针对以上不足，本文中首先通过对比已有密闭条件下 RC 箱型结构内爆炸野外试验
的载荷超压时程、结构损伤破坏和动力响应 [22, 27] ，对所采用的内爆炸数值模拟材料模型和参数、MAPPING
映射以及流固耦合等数值算法的可靠性进行全面验证。然后，以某典型 RC 箱型结构为例，开展 3 种爆

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