Page 82 - 《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

1.3 试验工况
本研究进行了 2 块不同厚度的 RC 靶板接 表 2 试验工况
触爆炸试验，其中 80 mm 厚靶板采用 30 g 炸药， Table 2 Test conditions
100 mm 厚靶板采用 50 g 炸药。2 块靶体的骨料 试验编号 靶板编号 TNT质量/g 炸药高度/mm 炸药直径/mm
体积分数均为 40%，骨料尺寸级配为 4～40 mm， 1 RC-80-1 30 15 39
具体试验工况见表 2。 2 RC-100-1 50 27 39
本次试验所采用的 TNT 炸药为等直径变高
度的圆柱体结构，为保证试验的便捷性与高效性，试验中仅改变 TNT 炸药的高度，直径均为 39 mm；该
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TNT 炸药的比内能为 4 521 J/g，密度为 1.51 g/cm ，炸药的实物外观如图 2 所示。本次试验场地设于野外
专用靶场，试验现场布置如图 3 所示。整个加载装置由刚性钢架提供稳定支撑，可有效避免试验过程中
装置的滑移或倾覆。钢架顶部水平放置钢筋混凝土靶板，靶板两侧采用 U 形高强度钢板进行夹持固定，

U 形钢板通过高强螺栓与钢架刚性连接，确保靶板在爆炸荷载作用下保持位置固定，无明显刚体位移。
圆柱形 TNT 炸药同轴放置于靶板几何中心的正表面，炸药的中轴线与靶板表面保持垂直。起爆方式采
用顶部中心起爆，具体操作为：在圆柱体炸药的上表面几何中心处开设深度为 5 mm 的圆柱形起爆孔，将
工业电雷管嵌入孔内并与炸药紧密接触，通过远程电起爆系统触发雷管，实现炸药的瞬间起爆。该起爆
方式可保证爆轰波沿炸药中轴线向靶板方向呈准一维平面波传播，降低起爆位置偏差对爆炸荷载作用
形式的干扰。

图 2 炸药形状 图 3 试验现场布置
Fig. 2 Explosive shape Fig. 3 Test site layout

2 三维细观数值模型

2.1 钢筋混凝土靶板三维细观有限元模型
在细观层面，钢筋混凝土靶板可以看作由粗骨料、砂浆和钢筋所构成的复合材料，靶板的整体建模
通过 MATLAB 软件完成。该方法在预设区域内布置符合要求的钢筋，并对骨料投放区域进行有限元网
格节点处理，在骨料生成过程中直接完成网格划分，从而构建了一个整体模型，该模型中骨料与基体采
用八节点六面体的实体单元，与真实钢筋混凝土结构具有较高的相似度。
相较于传统方法需借助多软件协同、人工干预调整模型缺陷的繁琐流程，本方法的核心创新与优势
在于：(1) 实现钢筋-骨料的一体式建模，保障细观结构的真实性；(2) 建模与网格划分同步完成，省略中间
格式转换环节；(3) 可直接输出 LS-DYNA 兼容的 K 文件，大幅缩减建模步骤与时间成本，显著提升钢筋
混凝土细观数值模拟的效率与可重复性。
具体建模流程如下。
(1) 在模型区域内定向布置横向钢筋与纵向钢筋，并记录各钢筋端点截面圆心坐标。
(2) 在模型区域内随机生成骨料球心坐标与对应球体半径，通过骨料半径计算骨料所占体积分数，

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