Page 81 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 吴 平，等： 接触爆炸荷载作用下钢筋混凝土板细观数值模拟及应力波的传播机理 第 9 期

骨料挤压效应，使爆炸冲击波分散为局部应力波，在骨料周围砂浆形成应力集中，同时削弱反射拉伸波
强度，减少剥落损伤。
当前防护结构以钢筋混凝土结构为主 [22-29] ，在其组分体系中，除骨料外，钢筋是影响结构防护性能的
关键因素 [30-33] 。针对钢筋的作用机制，李治等 [34] 以钢筋混凝土梁为研究对象，利用 ABAQUS 建立高温
－爆炸耦合作用下的精细化数值模型，通过 RC 板抗火试验与 RC 柱抗爆试验验证模型准确性。该研究
聚焦配筋率这一核心钢筋参数，设置 0.40%、1.26% 和 2.46% 等 3 种配筋率，探究钢筋对高温环境下
RC 梁抗爆性能的调控规律。结果表明，配筋率提升可显著增强 RC 梁抗爆能力，配筋率越高，梁跨中峰
值位移越小、抗变形能力越强，其抗爆性能随之提升。而 Kyei 等 [35] 基于有限元软件 LS-DYNA，系统研
究了横向钢筋间距对钢筋混凝土柱在爆炸荷载下的动力响应的影响。研究结果表明在小比例距离下，
横向钢筋间距的减小显著提高了柱的抗爆性能，有效减少了侧向位移并延缓了混凝土压溃和纵筋屈曲，
而在大比例距离下，横向钢筋间距的影响可忽略不计。然而，现有研究多仅针对单一骨料或单一钢筋组
分展开，未充分考虑钢筋与骨料间的协同作用。同时明确爆炸应力波在混凝土细观组分中的传播机理，
对提升混凝土抗爆设计水平具有重要意义。
因此，本研究旨在探讨接触爆炸荷载作用下钢筋混凝土靶板的抗爆响应与应力波传播机理。首先，
通过 MATLAB 与 LS-DYNA 联合建立考虑钢筋、粗骨料和砂浆三相材料的钢筋混凝土细观数值模型，并
结合钢筋混凝土板接触爆炸试验数据进行验证。在模型有效性验证的基础上，评估关键细观因素（骨料
分布与粒径、钢筋配筋率）对接触爆炸下混凝土抗爆性能及应力波传播的影响，以期为钢筋混凝土结构
抗爆性能的优化设计提供参考。

1 爆炸试验

1.1 试验材料
混凝土的制备采用强制式卧轴搅拌机完成，具体搅拌工艺如下：先将预混合均匀的水泥、精细砂与
粗骨料进行干拌 5 min，以确保其分散均匀。随后加入水与减水剂，继续搅拌 5 min 至拌合物形成均匀、
无离析的工作状态。依据 ASTM C469 标准规范 [36] ，采用量程为 1 000 kN 的 Instron 万能试验机对 NC 开
展基本力学性能测试，测试过程中控制加载速率为 0.2 mm/min。NC 的基本力学性能参数如表 1 所示。

表 1 混凝土基本力学性能
Table 1 Basic mechanical properties of concrete
材料 抗压强度/MPa 抗拉强度/MPa 抗弯强度/MPa 弹性模量/GPa 泊松比 最大塑性应变 密度/(kg·m )
−3
C45 43 3.9 6.36 26 0.20 0.000 15 2 500

1.2 靶板制备
在制备混凝土靶板过程中，混凝土搅拌完 HPB300Ø6@100
成后倒入木模具中，木模的内壁尺寸为长 700 mm、
宽 700 mm。木模具内壁深度分别采用 80 mm
和 100 mm，在模具中双向铺设直径为 6 mm 的
HPB300 热轧钢筋，间距为 100 mm。之后将模具
放置在振动台上，进行约 30 s 的振捣，以确保混 700 mm 700 mm
凝土充分填充，并抹平试件表面。24 h 后，将试
件从模具中取出，然后在温度为 (20±2) ℃、相对
图 1 靶板尺寸及钢筋布置
湿度超过 95% 的环境中进行 28 d 的养护，图 1
Fig. 1 Dimensions and reinforcement
展示了靶板尺寸及钢筋布置。 arrangement of the slab

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