Page 131 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 第 7 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 46, No. 7
2026 年 7 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Jul., 2026

DOI：10.11883/bzycj-2025-0220

风致飞射物冲击下钢化玻璃破坏的边界条件效应

及碎片分布量化模型 *

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李昊洋 ，陈 力 ，刘用海 1
（1. 宁波建工建乐工程有限公司，浙江 宁波 315020；
2. 东南大学土木工程学院，江苏 南京 214135）

摘要： 针对老旧建筑单层钢化玻璃幕墙抗风致飞射物冲击的安全隐患，填补既有研究多聚焦夹层玻璃或爆炸荷
载的空白，旨在量化风致飞射物冲击下单层钢化玻璃的破坏特征、碎片分布规律及参数耦合影响机制。通过系统设计
混合正交冲击实验，综合考查冲击类型、冲击物质量、速度、角度、边界条件及玻璃厚度和正方形表面边长等 7 个关
键因素对玻璃的破坏模式和碎片质量分布的影响。基于实验矩阵的极差分析与方差解析，量化揭示了各参数对玻璃
破坏特征、冲击物速度衰减率及碎片质量分布特征的敏感性权重。依据量纲齐次原理与 Π 定理，构建了表征碎片质
量分布规律的无量纲函数关系式框架。基于实验数据，通过正交距离回归迭代算法拟合确立半经验预测公式的参数
取值，验证公式具有明确的物理意义与预测可靠性。结果表明：边界条件对玻璃破坏程度和碎片飞散起决定性作用
（解释 53.1% 的大块碎片总质量变化、97.9% 的破坏面积变化），明框支撑工况碎片质量最低（最优防飞散方案），隐框
支撑冲击物动能衰减率最大但碎片量次之（最优抗冲击方案），点支撑工况下玻璃均完全破碎（高危工况）；冲击物的冲
击角度、速度和玻璃表面边长对钢化玻璃的破坏响应也有显著影响。研究采用效应量分析 (η ) 方法量化各参数对破
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坏行为的敏感性权重，建立了钢化玻璃冲击破坏的参数影响层次体系。最终建立的预测公式能精准表征钢化玻璃破
碎特征，为建筑围护系统抗风设计提供关键理论依据。
关键词： 风致飞射物；冲击作用；钢化玻璃；影响程度；量纲分析；预测公式
中图分类号： O383 国标学科代码： 1303520 文献标志码： A

Boundary condition effects on failure of tempered glass subject to wind-borne
debris impact and a quantification model for fragment distribution

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LI Haoyang , CHEN Li , LIU Yonghai 1
（1. Ningbo Jiangong Jianle Engineering Co., Ltd., Ningbo 315020, Zhejiang, China;
2. School of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing 214135, Jiangsu, China）

Abstract: This study addressed critical safety concerns in wind-resistant design of building envelope systems, aiming to
quantify secondary fragmentation effects and potential risks from tempered glass breakage under wind-borne debris impact. A
systematic orthogonal experimental design was developed and implemented to comprehensively investigate the influence of
seven key parameters on failure modes and fragment mass distribution. These parameters include impact type (point-to-surface
and surface-to-surface), impactor mass (30 and 50 g), impact velocity (50, 100, and 150 m/s), impact angle (60°, 75°, and 90°),
boundary conditions (exposed frame support, concealed frame support, and point fixing), glass thickness (6 and 8 mm), and
glass square surface side length (110, 200, 290 mm). A single-stage light-gas gun was employed to reproduce wind-borne
debris impact scenarios with a velocity measurement accuracy of ±5 m/s. Two high-speed cameras were used to record the
dynamic response and crack propagation process of glass during impact, while an oscilloscope was utilized to collect strain

* 收稿日期： 2025-07-16；修回日期： 2025-12-18
第一作者： 李昊洋（1994－ ），男，博士，工程师，lhy19940313@126.com
通信作者： 陈 力（1982－ ），男，博士，教授，博士生导师，li.chen@seu.edu.cn

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