Page 180 - 《爆炸与冲击》2026年第10期

第 46 卷 刘洁宁，等： 内爆炸荷载下钢筋混凝土单房间的抗爆性能 第 10 期

acted on the building before the last shock wave has reacted obviously, which subjects it to multiple impacts within a very short
time; By varying the charge weight, five damage-aggravating modes (Model Ⅰ to Model Ⅴ) were identified. The five damage
modes were quantitatively defined using the weighted parameter D , and a function curve relating it to the explosive equivalent
r
was fitted.
Keywords: shear wall; internal explosion; anti-blast performance; damage mode; reinforced concrete building

[1]
内爆炸是攻击建筑物的重要手段之一 。钢筋混凝土材料由于其优异的抗爆性能被广泛的应用于
建筑物中 [2-4] 。因此，研究内部爆炸荷载作用下钢筋混凝土建筑物的抗爆性能具有重要意义。
在工程和安全领域，专家学者对内部爆炸荷载作用下构件和结构的抗爆性能研究主要从 2 方面展
开。一方面是从内爆炸荷载下冲击波的传播规律和特点展开研究，与开放空间 [5] 爆炸不同，内部爆炸所
形成的爆炸波在传播过程中会受到结构墙面或构件的多次反射、折射、阻碍等作用，因此会有多个明显
[6]
的超压峰值产生，并且由于叠加等效应，结构特定位置处的超压峰值也远远大于无约束爆炸 。同时，结
构和构件的尺寸形状 、泄爆口大小和位置 [8] 以及炸药的质量 [9] 和位置 [10] 等均会影响内部爆炸荷载，部
[7]
分研究者在考虑以上因素的影响下推导建筑物在内爆炸荷载工况下等效荷载的近似计算方法 [11-12] ，给出
了建筑物中心内爆炸等效荷载的经验公式 [13] 和理论推导 [14-15] 。另一方面是研究典型构件和结构在爆炸
荷载下的动态响应过程和损伤机理，比如方钢箱形结构 [16-18] 、典型的舱室结构 [19] 以及建筑物结构 [20-21] 。
其中钢筋混凝土建筑物由于设计建造难度大，试验费用昂贵，毁伤机理分析复杂等特点，其内爆炸荷载
作用下的动态响应和毁伤分析研究进展缓慢，但仍旧有研究者在相关领域进行研究。如：Guo 等 [22] 对
1/3 缩尺的两层三跨钢筋混凝土剪力墙子结构进行 3 次 TNT 内部爆炸现场试验，记录相关数据，建立有
限元模型，研究发现，内部爆炸场景中剪力墙所遭受的总爆炸荷载随开口面积减小而增加，内部爆炸荷
载下剪力墙的位移和损伤程度远大于自由空气爆炸场景。柏准等 [23] 利用一个 1/3 缩尺钢筋混凝土剪力
墙结构，对剪力墙开展不同 TNT 当量的多次内爆炸试验，通过分析构件的裂缝分布、损伤情况和跨中位
移等，探讨内爆炸威力、加载次数等对剪力墙构件的破坏程度、毁伤等级的影响。Edri 等 [24] 针对有圆形
泄压口的长方体形钢筋混凝土房间进行内爆炸试验，分析了炸药当量对房间中不同位置处超压荷载的
影响规律。
综上所述，目前针对内爆炸荷载下建筑物的毁伤特征的研究主要围绕建筑物中单一构件的损伤展
开，对建筑物的整体破坏模式研究不多。目前对于内爆构建的动态响应和毁伤特征研究多集中于各种
造型的钢制结构，如舱室、方箱，但是对于钢筋混凝土材料的建筑物报道较少；由于建造钢筋混凝土建筑
物的费用昂贵，建造时间长，现有的试验研究中通常使用缩比后的建筑物，使用全尺寸建筑物进行野外
试验的研究较少。
本文建造 4 m×4 m×3 m 的足尺寸钢筋混凝土房间结构，展开对以钢筋混凝土单房间为对象的 3 kg
TNT 内爆炸试验，结合 LS-DYNA 软件构建有效的数值模型；基于数值仿真，改变炸药当量分析构件的损
伤特征，结合内爆炸荷载下冲击波的传播特性，探究钢筋混凝土单房间结构中局部构件的破坏过程及其
机理；进一步归纳和定量分析单房间结构内爆炸工况下的破坏模式。

1 试验概况

为了模拟实际应用中的结构建筑，本文设计并建造了钢筋混凝土单房间建筑物（如图 1～2 所示），以
全尺寸建造，该房间整体结构一体成型，混凝土强度等级为 C40。房间的长与宽均为 4 m，层高为 3 m。剪
力墙厚度为 180 mm，楼板厚度为 120 mm，为还原房屋实际状况，在墙上设计一个尺寸为 900 mm×2 100 mm
的泄压门洞，且试验时门为开启状态。
结构中的剪力墙和顶板均为双层配筋，钢筋型号为 HRB400，直径为 12 mm，其配筋率均为 0.837%；
在门框上方连梁配筋中，纵向配筋率为 0.390%，箍筋配筋率为 0.559%；暗梁纵向配筋率为 0.823%，箍筋
配筋率为 0.140%，并在墙角纵向进行箍筋加密，配筋率为 0.930%。混凝土为了达到试验所需强度，养护

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