Page 41 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 马 龙，等： 触地爆下建筑表面冲击波载荷的分布规律 第 4 期

对空气中爆炸冲击波参数进行了表征，此后学者结合理论分析及大量实验数据拟合，得到了描述空气自
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由场中冲击波传播到时、超压及冲量等特征参数的 Brode 公式 、Henrych 公式 、Kinney-Grahm 公式 [5]
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和 Sadovskiy 公式 等。
当冲击波到达建筑表面时发生反射，同时通过建筑顶面及侧面继续向后传播直至到达建筑背爆面，
建筑各表面均受到冲击波载荷。抗偶然爆炸结构设计手册 UFC-3-340-02 及建筑防恐袭爆炸参考手册 [8]
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对不同爆炸工况下结构表面冲击波各参数进行了总结，给出了系列图表和公式指导工程计算。近年来随着
数值模拟及实验手段的不断发展，爆炸作用下目标结构表面冲击波载荷及其作用研究更加趋于精细
化 [9-11] 。Remennikov 等 [12] 针对街道爆炸问题发展了基于人工神经网络方法的冲击波载荷快速预测方法；
Benselama 等 [13] 研究了复杂建筑排布中冲击波载荷分布，讨论了建筑间距宽度、建筑高度及爆心距对建
筑表面冲击波载荷分布的影响；Codina 等 [14] 研究了城市建筑环境中建筑间距对爆炸冲击波载荷分布的
影响，分析了不同间距下冲击波入射波、规则反射波及马赫反射波的作用区域，给出了冲击波压力及冲
量的放大因子分布云图。冲击波传播过程中的绕射及反射对冲击波载荷也有显著影响，学者开展了大
量实验及数值模拟分析了建筑外挡墙形状及间距对建筑表面载荷分布的影响 [15-22] ，总结了冲击波在不同
条件下绕射后载荷分布规律。对于冲击波经自由场传播后与建筑表面相互作用问题，Trélat 等 [23] 通过大
样本小尺度气体爆炸实验研究了爆心与缩比建筑相对位置关系对建筑表面冲击波载荷分布的影响，并
利用小尺度实验数据对数值方法进行了验证，得到了描述冲击波入射角及相对爆心距与冲击波载荷的
无量纲化工程计算公式。Gebbeken 等 [24] 使用数值模拟方法对触地爆下不同形状建筑表面冲击波载荷分
布进行了研究，提出了有效降低爆炸载荷的建议。Gajewski 等 [25] 开展了系列 200 及 400 g TNT 当量实
验，分析了建筑转角对冲击波的绕射效果，得到了建筑转角后方冲击波压力峰值与冲量峰值的分布规
律。汪维等 [26] 考虑了空气冲击波与结构间的流固耦合相互作用，得到了方形板结构表面上爆炸冲击波
载荷分布函数，并构建了结构表面任意点处冲击波峰值压力和冲量的一般计算方法。喻君等 [27] 通过数
值仿真方法，对近场近地爆炸下建筑中柱构件迎爆面的分布规律进行了探究，讨论了比例爆距和比例爆
高对建筑柱表面冲击波载荷特征的影响规律，提出了爆炸载荷简化模型。
综上所述，现有工程算法预测触地爆炸冲击波在建筑结构表面载荷时一般对整个壁面做近似计算，
以 UFC-3-340-2 为例，建筑物受到平面冲击波加载时，各表面的压力与时间关系表示为两条直线，其关
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键参数与冲击波及建筑物特征相关，可通过查表方式得到。此方法可以简单得到建筑物表面整体载荷，
但是没有考虑迎爆面尤其是背爆面载荷随空间分布情况，也不能考虑加载冲击波不是平面波的情况。
当前对于建筑表面载荷分布的实验室环境下炸药爆炸实验研究较少，缺乏精细化冲击波特征参数实验
数据，且以上研究大多关注建筑结构及构件的迎爆面载荷，忽视了对背爆面载荷分布规律的深入研究，
此外建筑结构自身尺寸对冲击波载荷分布的影响也缺乏考虑。研究建筑背爆面冲击波载荷分布，对于
综合分析建筑在爆炸冲击波作用下整体响应，指导设计建筑抗爆设计有着重要意义。
研究冲击波在建筑表面载荷分布及复杂环境对冲击波传播影响 [11-29] 时，通常不考虑建筑内部结构
及其在冲击波作用下的响应，而是按照建筑外形轮廓将其视作刚体处理。对于二维问题，建筑一般简化
为多边形轮廓，对于三维问题，建筑直接被简化为不同大小的立方体，建筑群则用不同排布的立方体组
合表示。本文同样采用刚体假设，首先开展缩比实验，绘制不同工况下缩比建筑表面冲击波载荷曲线，
并利用实验数据对冲击波传播数值方法进行验证，构建触地爆下冲击波与建筑相互作用仿真模型；随后
研究不同爆距及建筑尺寸对冲击波特征参数的影响，重点讨论建筑迎爆面和背爆面载荷分布规律；最后
利用理论分析方法推导不同触地爆工况下建筑背爆面冲击波最大载荷及其分布位置与爆距及建筑尺寸
的量化关系。

1 冲击波载荷分布实验方法

为研究爆炸冲击波下建筑载荷分布，开展实验室环境精细化缩比爆炸实验。实验使用玻璃钢材料
制作缩比模型模拟建筑结构，模型为中空立方体壳，壁厚约 8 mm。选取高度为 25 m 的典型多层建筑进

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