Page 45 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 徐世烺，等： 超高性能混凝土板在中远距离爆炸载荷下的响应特性 第 8 期

deflection though it tended to overestimate deflection in cases of minor damage where significant plastic deformation did not
occur. The random finite element model, by incorporating Gaussian auto-correlated random fields, accounted for the
uncertainty in mechanical properties of the material and demonstrated superior simulation results. An increase in the
compressive strength of UHPC gradually reduces the mid-span peak deflection, highlighting the effect of material strength on
panel deformation. Furthermore, when the auto-correlation length of the random field is within the range of 10 mm to 20 mm,
the damage characteristics predicted by the model are highly consistent with the actual observations. This study verifies the
excellent blast resistance of UHPC under intermedium-to-far-range explosions, demonstrates the effectiveness of the random
finite element model, and reveals the significant influence of material variability on the blast resistance assessment of UHPC
structures.
Keywords: ultra-high performance concrete; explosion; residual load capacity; random finite element

近年来，随着全球化的不断深入，安全问题也日益复杂化。恐怖主义、地区冲突以及自然灾害等因
素，都对人类社会的安全构成了威胁。恐怖袭击、工业爆炸等爆炸事故严重威胁着钢筋混凝土结构的安
全。在实际防护工程中，中远距离爆炸是比较常见且具有广泛代表性的场景之一，常伴随混凝土开裂、
剥落或结构永久性变形，不仅会造成巨大的经济损失，还会严重威胁人类的生命安全，因此，提高结构的
抗爆性能对防止建筑物破坏和保护人员安全至关重要 [1-3] 。中远距离爆炸的范围可以根据比例爆距来确
定，如 UFC 3-340-02 报告 [4] 中认为可将比例爆距大于 0.4 m/kg 1/3 的爆炸工况作为中远距离爆炸。学者们
针对中远距离爆炸下混凝土结构的动态响应已开展了试验和数值模拟工作 [5-7] 。
超高性能混凝土（ultra-high performance concrete, UHPC）采用最大致密颗粒堆积理论 ，以最佳比例
[8]
组合不同尺寸的颗粒，实现最紧密的填充配置，展现出优异的抗压和抗拉强度、耐久性和抗裂韧性 [9-13] ，
在防护结构中具有极大的应用潜力。因此，研究 UHPC 在中远距离爆炸下的损伤和动态响应具有重要
的实际意义。
目前，针对爆炸荷载作用下混凝土结构的动力响应研究方法主要包括理论计算分析、试验研究和数
值模拟。Li 等 [14] 对接触爆炸下 UHPC 板的动态性能展开了研究，结果表明，由于 UHPC 的高抗压强度和
钢纤维的加入，与普通混凝土板相比，UHPC 板的损伤程度显著减轻。Su 等 [7] 在不同比例爆距下测试了
UHPC 单向板的抗爆性能，结果表明，试件主要表现为弯曲破坏模式，面板的损伤随比例距离的减小变得
更严重，钢纤维的加入阻碍了 UHPC 板中裂纹的发展，与普通钢筋混凝土板相比，UHPC 具有更优异的能
量吸收能力和抗爆性能。赖建中等 [15] 研究了 UHPC 在埋置炸药爆炸荷载作用下的动态力学性能和损伤
规律，发现 UHPC 的损伤程度与炸药的用量及其埋设深度密切相关，炸药量越大，埋设点越接近靶心，混
凝土结构的破坏程度就越显著。Su 等 [16] 开发了一种关于 UHPC 的 KCC (Karagozian & Case Concrete) 模
型，基于现有的实验和分析数据对其进行了验证，通过对 UHPC 的强度面、状态方程、损伤演化和应变
率效应等参数进行综合校准，确保了模型参数的准确性。贾鹏程等 [17] 提出了一组适用于 UHPC 的 CSC
(continuous surface cap) 模型参数的确定方法，数值模拟结果与落锤冲击试验结果的相对误差在 10% 以
下，验证了 CSC 参数对 UHPC 构件在低速冲击分析中的适用性。Hou 等 [18] 建立了理论 SDOF (single-
degree-of-freedom) 模型，提出了一种预测 UHPC 单向板在爆炸荷载作用下的破坏模式的压力-冲量（p-I）
曲线方法，在 p-I 曲线中发现了一个新的剪切破坏区域，该区域的构件发生弯曲剪切破坏，并结合案例
研 究 说 明 了 该 方 法 在 实 际 损 伤 评 估 中 的 可 行 性 和 适 用 性 。 苏 琼 等 [19] 基 于 SDOF 模 型 建 立 了 评 估
UHPC 板弯曲损伤的 p-I 曲线，研究发现，提高混凝土强度和钢筋屈服强度，增大受拉钢筋配筋率和板
厚，以及减小净跨，均可提升结构的抗爆性能，最后提出并验证了考虑多种因素的 UHPC 弯曲损伤 p-I 曲
线经验公式。
目前，关于 UHPC 抗爆性能的研究大多聚焦于爆炸后的破坏形态 [20-23] 。然而，结构的爆后承载能力
同样重要，但目前针对 UHPC 构件在中远距离爆炸后残余承载能力的研究比较欠缺。此外，数值分析
中，通常采用材料力学性能的平均值来表征材料的力学行为，但事实上，材料的力学性能具有离散性和

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