Page 133 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 李昊洋，等： 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 第 7 期

性能的削弱作用。张英杰等 [12] 分析了中空钢化夹层玻璃的面内尺寸和中间空气层厚度对其抗冲击性能
的影响。郭鑫 [13] 分析了颗粒物单次冲击、重物单次冲击和颗粒物反复冲击情况下钢化玻璃的破坏响应，
研究了钢化玻璃断裂的力学机理。韩阳 [14] 对中空钢化玻璃和中空钢化夹层玻璃进行了落锤冲击实验，
分别研究了玻璃试样面内尺寸和中间空气层厚度改变对试件整体抗冲击性能的影响。刘炘炜等 [15] 研究
了冲击致损的夹层玻璃板的开裂后静载强度，分析了裂纹模态和胶层组合对冲击致损的夹层玻璃开裂
后静载强度的影响及相应的作用机制。Veer 等 [16] 对退火、热强化和全钢化夹层玻璃进行了抗冲击性能
实验，发现钢化玻璃的抗冲击性能由压缩面的预应力大小决定。Kanan 等 [17] 提出了一种预测钢化玻璃
复杂裂纹的模型，通过钢化玻璃动态碎裂模拟结果与测试结果的比较，验证了该模型的可靠性。Pan 等 [18]
基于状态的近动力学理论，研究了划痕薄玻璃板的断裂行为，发现划痕深度主导裂纹分叉机制，空间位
置决定断裂源迁移特征。王义戈等 [19] 基于等效温度荷载理论，建立了多层夹层钢化玻璃开裂后等效变
形模型，并推导出了闭合解。该模型适用于预测不同厚度、表面应力水平及开裂层等效模量的夹层钢化
玻璃开裂后变形。
玻璃破碎后的碎片特性分析涉及材料力学和空气动力学等多因素耦合，通常采用概率预测模型进
行研究。师燕超等 [20] 使用节点分离法模拟了建筑玻璃在爆炸荷载作用下的破坏和碎片飞散情况。李洪
祥等 [21] 运用数值分析软件对玻璃受到爆炸荷载作用时的碎片云轮廓进行了提取和拟合，得到了碎片云
轮廓随时间变化的计算公式。葛杰等 [22] 分析了普通平板玻璃在高应变率下的损伤破碎规律，推导出了
不同应变率下碎片尺寸的预测公式。濮勇等 [23] 研究发现玻璃幕墙、汽车风挡等夹层玻璃受冲击破坏时，
玻璃碎片是造成次生伤害的主要因素。Wang 等 [24] 研究了支撑条件对玻璃面板抗冲击性能的影响，发现
夹紧边缘的面板与四角螺栓连接面板相比，破裂前刚度提高了 44%。
以往的研究大多集中在夹层玻璃的抗冲击性能和爆炸冲击波作用下钢化玻璃的碎片分布情况，但
老旧民用建筑及商用建筑的装饰部分往往使用的是单层钢化玻璃幕墙，在受到风致飞射物冲击时，易产
生破坏并形成大量玻璃碎片。然而，现有研究多采用定性分析或简单的统计分析方法，缺乏对各影响参
数敏感性的定量化评估和权重排序，难以为工程设计提供精确的参数优化指导。为弥补上述不足，本研
究选用单层钢化玻璃作为研究对象，采用一级轻气炮再现风致飞射物冲击，利用高速摄像机记录玻璃破
坏时的动力学响应和裂纹扩展模式；在冲击完成后，收集并记录玻璃碎片的质量分布情况；通过改变冲
击参数和玻璃参数，研究不同影响因素对钢化玻璃破坏特征的影响；并结合极差、方差分析结果，利用量
纲分析，得到碎片质量分布预测公式；最后，将预测公式结果与实验结果比较，验证公式的可靠性。以期
弥补风致飞射物冲击钢化玻璃时破坏特征和碎片质量分布研究领域的不足，为建筑防灾减灾和老旧建
筑更新加固提供参考。

1 冲击实验概况

1.1 试样

1.1.1 钢化玻璃
本研究所使用的钢化玻璃均按照建筑标准 JGJ－2003《玻璃幕墙工程技术规范》 [25] 加工制备。钢化
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玻璃的钢化度为 (3.5±0.2) N/cm，表面应力 σ 为 95 MPa，密度为 2.5 g/cm ，杨氏模量为 70.0～75.0 GPa，弹
性模量为 (65.8±1.7) GPa，维氏硬度为 5.0～7.0 GN/m ，努氏硬度为 4.61 GPa，比热容为 1.10 J/(g·℃)，抗弯
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强度为 16.60 MPa，泊松比为 0.221±0.001。
使用的钢化玻璃表面为正方形，边长有 3 种，分别为 110、200 和 290 mm；厚度有 2 种，分别为 6 和
8 mm。点支撑所需的打孔玻璃依照规范 GB15763.2－2005 [26] 的相关规定进行钻孔加工，以表面边长为

200 mm 的试样为例，如图 1(a) 所示。
1.1.2 冲击物
参考规范 GB/T 29 738－2013 [27] 中提到的球形冲击物和棒状冲击物，明确冲击类型为点 vs 面冲击和

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