Page 119 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 王千惠，等： 负泊松比防爆墙抗爆性分析 第 4 期

resistance of UHTCC slabs is significantly better than that of concrete slabs. The UHTCC slabs all remained intact, and the
concrete target slabs were all penetrated. (2) The negative Poisson’s ratio slab has the best ability to absorb energy among the
three kinds of structures, while the solid slab is better at maintaining the structural integrity. (3) When the negative Poisson’s
ratio of the cell concave angle is 61°, the structure has optimal explosion resistance, and both smaller and larger angles reduce
the explosion resistance of the structure. (4) When the thickness of the negative Poisson’s ratio structure is too large as a
proportion of the total thickness, the slab is severely damaged. Increasing the solid layer thickness of the backburst surface of
the slab, or simultaneously increasing the solid layer thickness of the explosion-facing and backburst surfaces, is conducive to
weakening the blast shock wave and improving structural integrity. This study confirmed the superiority of the explosion
resistance of negative Poisson’s ratio UHTCC slab, and provides a theoretical basis for the design of blast walls based on
negative Poisson’s ratio structure.
Keywords: negative Poisson’s ratio structure; ultra-high toughness cementitious composites; explosive load; explosion
resitance

爆炸产生的高温高压冲击波易造成人员伤亡与建筑损毁 ，钢筋混凝土防爆墙虽应用广泛，但常规
[1]
强化手段难以避免爆炸振塌破坏 ，且配筋率受施工性限制，从材料和结构协同提升抗爆性能具有重要
[2]
现实意义。
在材料方面，UHTCC 是一种新型高性能纤维增强水泥基复合材料，有应变硬化特性，其极限拉伸应
变能力在 28 d 龄期时可达到 4.41%，在拉伸应变未超过 3% 时，裂缝宽度远小于 50 µm ，并且具有良好
[3]
的抗侵彻 、抗爆炸性能 。这些优良特性，展现了 UHTCC 材料在防爆墙结构应用上的巨大潜力。在结
[4]
[5]
构方面，蜂窝结构因其轻质且高耗能等特性被广泛关注 [6-7] ，且空气冲击波在经过蜂窝防护结构后超压值
[7]
能有效降低 。负泊松比结构作为一种特殊的蜂窝结构，在受到压缩冲击时，结构会发生横向颈缩有效
[8]
耗能，并且随着冲击速度提高，对能量吸收能力增强 。目前对负泊松比防护结构的研究考虑到实际应
用需求，几何形状多选择简单的凹六边形 [9-10] ，且主要集中于车辆 [11] 、舰艇 [12] 上的高韧性的金属防护结
构。脆性的混凝土难以充分发挥负泊松比结构的变形耗能优势，同时负泊松比结构几何形状复杂，模板
浇筑很难实现高效低成本建造，因此有关混凝土的负泊松比结构研究很少，主要围绕异型钢筋 [13-14] ，也有
将混凝土浇筑为单个凹六边形试件研究纤维掺量对其吸能比的影响，发现适量的纤维加入有利于能量
吸收 [15] ，但未有对胞元组合而成的蜂窝结构进行性能研究。
本文中旨在推进建筑防爆墙抗爆性能的提升，提出将负泊松比蜂窝结构应用于混凝土类防护墙设
计，并利用 UHTCC 的高韧性，获得比普通混凝土负泊松比防爆墙更为有益的形变能力，充分发挥负泊松
比结构的结构特性，同时采用 3D 打印技术，实现复杂的负泊松比防爆墙的高效低成本建造 [16] ，以期为宏
观负泊松比蜂窝结构防护墙的设计提供理论依据。

1 3D 打印混凝土负泊松比靶板爆炸试验及有限元模拟

对 3D 打印混凝土负泊松比结构靶板进行爆炸试验，并将爆炸试验结果与数值模拟结果对比，验证
3D 打印建造负泊松比防护结构的可打印建造性以及有限元模型的可靠性。
1.1 3D 打印混凝土力学性能试验
打印所用的混凝土由极筑科技公司提供，依据 JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》 ，
[17]
试 件 的 边 长 为 70.7 mm， 养 护 龄 期 为 28 d， 立 方 体 抗 压 试 验 的 试 验 装 置 图 见 图 1， 装 置 加 载 速 率 为
90 kN/min。立方体抗压强度为：
N u
f m,cu = (1)
A
N u 为试件破坏荷载；A 为试件承压面积。由于本研究数值模拟使用
式中： f m,cu 为立方体试件抗压强度；
的 LS-DYNA 软件要求输入的抗压强度为棱柱体抗压强度值 f ，因此按照 GB50010—2010《混凝土结构
ck

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