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２００６年第２期（总第３４卷第１８６期）
Ｎｏ．２ｉｎ２００６（ＴｏｔａｌＮｏ．１８６Ｖｏｌ．３４）
，
房材与应用
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结构设计与分析
ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＤＥＳＩＧＮ＆ＡＮＡＬＹＳＩＳ
爆炸作用下钢筋混凝土多层框架结构反应分析
王丹
张亮
（沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁沈阳
１１０１６８）
摘要：针对日益严重
的恐怖主义汽车炸弹袭击，对中远距离爆炸荷载作用下的钢筋混凝土多层框架结构进行研究。
文章以四层框架为例，分析中结合应用了爆炸荷载计算软件ＣＯＮＷＥＰ与大型有
限元计算软件，采用了数值模拟的
方法。通过分析明确了爆炸
作用在结构中的传播过程与结构反应特点，分析了不同炸药量与爆炸距离下结构的整
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体变形与破坏特征，并以楼层位移角理论为基础，建立了损伤指数评价标准，给出了结构损
伤等级与炸药量和爆炸距
离之间的关系，以此确定结构的防护
距离。通过建立这样一个评价标准不但为保护现有重要建筑物不受到爆炸灾
害影响提供了参考安全距离，并且为今后新建的民用钢筋混凝土多层框架结构的防爆设计提供了有用 的参考依据。
关键词：爆炸
框架
损伤等级
文献标识码：Ａ
文章编号：１００７
－２９１８（２００６）０２－００２０－０２
中图分类号：ＴＵ３５２．１
０
引言
爆炸是自然界中的一种现象，但由于恐怖分子的
蓄意破坏，已经使爆炸成为人为因素导致的现象，并
且造成巨大的经济损失和社会影响。由于爆炸产生的
脉冲荷载具有高度的非线性，并且一般只有几毫秒到
十几毫秒的瞬间完成，因此钢筋混凝土框架结构的爆
炸动力响应十分复杂。由于爆炸事件的频繁发生，以
及其产生的日益严重的后果，对爆炸作用下结构的深
入研究已经受到国外大量研究人员和工程设计人员
的广泛重视，自从１９６８年在英国发生了一起由爆炸
导致的一座名为ＲｏｎａｎＰｏｉｎｔ建筑的坍塌开始，人们
对建筑遭受爆炸荷载作用给与了广泛关注，出现了大
量的与此相关的文章。１９９４年Ｋｒａｕｔｈａｍｍｅｒ等
［１］
开展
了钢筋混凝土构件在脉冲荷载作用下的反应机理研
究；１９９６年Ｅｔｔｏｕｎｅｙ等
［２］
研究了
一个８层的商业建筑
的抗爆性能，并针对楼板提出了８种可能产生的破坏
形式并提出了改善方法；之后的很多科学家都进行了
爆炸作用的相关研究，但大多集中在构件反应上，而
对结构整体的研究相对较少。近来发展的高效材料，
新型结构系统，提出的巧妙分析方法使得结构的安全
储备变得相当小（ＬｏｎｇｉｎｏｗＡ，１９９６）
［３］
。因此这样的结
构可能只有很少的抗力储备以适应异常的负荷情况。
并且由于现阶段我国的建筑设计规范中并没有考虑
结构抗爆的设计要求，所以国内绝大多数的建筑设计
时都没有考虑爆炸荷载的影响，这也使得结构抵抗异
常荷载的能力十分有限。因此对现有的民用结构进行
爆炸作用下的损伤评估具有极其重要的研究意义。
１
钢筋混凝土多层框架结构的反应分析
对于多层框架结构本文以四层为例进行分析，层
高均为３．６ｍ，框架结构具有相同宽度的三跨，均为
５．４ｍ。框架柱的截面采用０．５ｍ
×
０．
５ｍ，框架梁为
０．２ｍ
×
０．４ｍ。分别选取２０００ｋｇ、１０００ｋｇ、５００ｋｇ和
２００ｋｇＴＮＴ为爆炸物，这也是汽车炸弹袭击中一般汽
车可携带的炸药量。爆炸距离分别为１０ｍ、２０ｍ、３０ｍ、
５０ｍ。由于炸药量较大而且四层框架结构高度较小，
通过爆炸荷载计算软件ＣＯＮＷＥＰ计算出爆炸波在结
构表面的分布差别较小，这样可以将作用于结构表面
爆炸荷载简化为随时间变化的均布荷载。
１．１
ＣＯＮＷＥＰ计算的爆炸压力时程
ＣＯＮＷＥＰ计算出的４种不同炸药量在不同爆炸
距离下对结构产生的压力时程曲线（见图１）。
图１
不同炸药量不同爆炸距离作用下的爆炸压力时程曲线
从图１中的各组曲线可以看出，作用于结构的爆
炸荷载大小与炸药量和爆炸距离都有着重要的关系，
２０
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