[发明专利]一种仿贝壳结构的抗爆板优化设计方法

说明书

本发明公开一种仿贝壳结构的抗爆板优化设计方法，所述抗爆板包括若干交替排布的超高韧性水泥基复合材料UHTCC能量吸收层和超高性能混凝土UHPC抗爆层，位于所述抗爆板外层的迎爆面和背爆面均为UHTCC能量吸收层；根据抗爆炸冲击荷载等级以及抗爆设防要求，确定抗爆板的厚度，其中UHTCC能量吸收层的厚度通过能量吸收效果确定，UHPC抗爆层的厚度由荷载等级和爆炸开坑要求确定。该优化设计方法能够有效减少爆炸荷载下的开坑深度，减少抗爆板背爆面的震塌、碎片飞溅现象，增强抗爆板对于爆炸冲击波的吸收能力，保护结构后方人员和设备的安全。

技术领域

本发明属于防爆、抗爆工程技术领域，具体涉及一种仿贝壳结构的抗爆板优化设计方 法。

背景技术

为了保护国家人民的生命财产安全，对于安全、可靠的防护结构研究逐渐提 上日程。人们对于稳定安全的生活环境的需求逐渐迫切，因此，无论在民用还是 军用领域，人们对性能优良的抗爆板都有一定的需求。自然界存在的鲍鱼壳珍珠 层结构，韧性好抗冲击波性能强，最大限度地发挥了材料的防护能力，是经过自 然优化的防护结构，借鉴改贝壳结构设计出的多层抗爆板能够有效抵抗爆炸冲击 波。

普通混凝土抗拉能力弱，韧性差，脆性大，通常会在背部形成震塌、崩落现象，产生的混凝土、岩石碎块携带较大的动能，对结构附近人员、设备或武器装备等的安全构成了潜在威胁。近些年来随着科技的发展，出现了各类性能优良的水泥基抗爆材料。在专利《一种高韧性控裂防渗纤维混凝土》(公开号101665342A)的基础上研究的超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)，是以体积掺量不超过2.5％的乱向短纤维增强的具有应变硬化和多缝开裂特性的水泥基材料。该材料在动态压缩荷载下呈现出高耗能特性，在动态拉伸荷载下呈现出良好的抗层裂效果。将其作为防护结构材料，可以减少由于冲击拉伸引起的碎片崩落和飞溅。但其抗压强度与普通混凝土相近，在爆炸荷载下可能产生较大开坑。超高性能混凝土(UHPC)是根据最紧密堆积原理，采用活性矿物和钢纤维制备出的具有超高强度、 高韧性、高耐久性的水泥基材料。该材料具有优良的抗爆炸、抗侵彻性能，能够有效减小 爆炸漏斗坑的大小，但在爆炸荷载下仍表现出脆性破坏模式，并产生较多碎片。目前国内 外常见的抗爆板大多以普通钢筋混凝土板或高性能钢纤维混凝土板。同时，现有的功能梯 度抗爆结构大多为金属材料，价格昂贵且结构复杂。爆炸常伴随侵彻，UHTCC材料具有 优良的降低侵彻开坑的能力。

爆炸时产生巨大的空气冲击波以及飞溅的碎片，严重危害到了附近人员的生 命安全，这使得人们对抗爆结构的防护要求更加严苛。因此，抗爆炸领域迫切的 需要工程技术人员研发出一种能够有效吸收爆炸冲击波能量并防止震塌现象的 抗爆板，作为建筑结构的防护部分，为人民的生活、生产安全提供保障。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明目的在于克服现有钢筋混凝土/钢纤维混凝土抗爆板在爆 炸冲击作用下，由于混凝土材料的脆性大、韧性差、抗拉能力弱而产生的脆性破坏，且在 结构的背爆面产生震塌现象导致的碎片飞溅。同时，吸收爆炸冲击波，以减少对抗爆板后 方人员的伤害。可充分发挥UHTCC的高韧和UHPC高强的特性，从而显著提高该功能梯度抗爆板的防护效果，为抗爆板后方的人员和设备提供更好的安全保障。

本发明通过下述技术方案实现：

一种仿贝壳结构的抗爆板优化设计方法，所述抗爆板包括若干交替排布的超高韧性水 泥基复合材料UHTCC能量吸收层和超高性能混凝土UHPC抗爆层，位于所述抗爆板外层的迎爆面和背爆面均为UHTCC能量吸收层；所述抗爆板的板体配置双层以上钢筋，并配 置纵向拉结筋，配筋时需保证拉结筋穿过各层之间的界面，以确保各层之间的粘结性；板 体在钢筋绑扎完毕后进行分层浇筑，浇筑时在模板中标记各层厚度位置，自下向上逐层浇 筑到指定厚度，并保证在下层材料初凝前开始上一层材料的浇筑；

根据抗爆炸冲击荷载等级以及抗爆设防要求，确定抗爆板的厚度，其中UHTCC能量吸收层的厚度通过能量吸收效果确定，UHPC抗爆层的厚度由荷载等级和爆炸开坑要求确定。