Page 87 - 《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

100 mm 厚钢筋混凝土靶板在 50 g TNT 炸药接触爆炸下试验结果 [12] 与模拟结果对比如图 7(b) 所
示。试验结果与模拟结果均呈现层裂震塌的破坏形态，迎爆面与背爆面均有径向裂纹产生。模拟结果
2
显示，靶板迎爆面开坑面积为 208.5 cm ，开坑深度为 32 mm，略大于试验所测得的结果，相对误差分别为
2
37.4% 和 2.1%。模拟结果显示，背爆面开坑面积为 569.5 cm ，开坑深度为 44 mm，相对误差分别为
20% 和 6.4%。2 块靶板模拟结果的误差均呈现出迎爆面大于背爆面的趋势，这可能是由于有限元建模
中骨料遵循完全随机，而混凝土靶板浇筑中骨料会有堆积沉淀发生，同时上文中所提到的混凝土砂浆强
度计算公式是一种基于经验推导的公式，与真实砂浆强度存在一定误差，其次本文因为技术限制对界面
过渡区进行了简化处理。为确认骨料随机分布对模拟结果的影响，本研究进行了多次随机骨料的爆炸
模拟，结果如图 8 所示，计算表明迎爆面的变异系数（C ）为 4.37%，略高于背爆面 4.11%，这表明本文提出
v
的细观模型离散程度整体较小，模拟结果具有良好的重复性。上述模拟误差更多是来自于靶板浇筑的
原始缺陷和砂浆基体本构参数的不适配，变异系数的具体计算公式为：
Õ
n
∑ 2
(x i −µ)
i=1
σ n−1
C v = ×100% = n ×100% (8)
µ 1 ∑
x i
n
i=1
v µ 为样本均值，
式中：C 为变异系数（无量纲的离散度指标，值越大说明数据波动越高）， σ 为样本标准差，
i 个样本数据，n 为样本总数。
x i 为第

Effective
plastic strain
2.0
1.8
1.6
1.4
219 mm 2 215 mm 2 205 mm 2 199 mm 2
(a) Crater area on the front surface 1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0

524 mm 2 494 mm 2 546 mm 2 527 mm 2
(b) Crater area on the rear surface

图 8 骨料随机分析结果
Fig. 8 Results of aggregate random analysis
图 9 为 100 mm 厚钢筋混凝土靶板砂浆基体的损伤演化云图，可以看出，炸药于靶板中心处起爆后，应力
波以球形波阵面形式向外传播，爆炸初期，应力波尚未显著向外扩散，对应图 10 中钢筋轴向应力幅值处于较
低水平。随着应力波的持续传播，靶板中心区域钢筋受应力波作用产生显著的轴向应力。受接触爆炸荷载
特性影响，应力波主要作用于靶板中心区域的钢筋，外围钢筋应力响应相对较弱。图 11 的骨料损伤特征分
析表明，爆炸荷载作用下骨料的损伤程度显著低于砂浆基体，仅靶板中心区域的骨料因直接接触爆炸应力波
产生一定损伤，靶板周边区域骨料未出现明显损伤特征，说明靶板整体的爆炸损伤主要由砂浆基体承担。
总体来说，本文建立的钢筋混凝土细观有限元模型准确再现了钢筋混凝土在接触爆炸荷载下的损
伤分布与破坏形态，细观模型可以有效预测钢筋混凝土结构的结构损伤。本文靶板试验与模拟损伤数
据统计如表 6 所示。

093201-9