剪力墙结构抗爆性能研究综述

剪力墙结构抗爆性能研究综述

周迅 1 ， 李思思

西南科技大学 土木工程与建筑学院 , 四川绵阳 621010

摘要：近年来，随着恐怖袭击和偶然爆炸等事件的发生，建筑结构的抗爆性能逐渐受到重视。同时，由于剪力墙结构的整体性好、抗侧刚度大等优点，近几年被广泛应用于多层和高层房屋当中。本文系统梳理了剪力墙结构抗爆性能的研究现状，总结分析了现阶段研究尚存在的不足，以期对相关方面的研究提供参考。

关键词：剪力墙；抗爆性能；研究进展

Research progress on anti-explosion performance of shear wall structures

Zhou Xun，LI Si-si

(College of Civil Engineering and Architecture, Southwest University of Science and Technology, Mianyang,Sichuan 621010, China)

Abstract: In recent years, with the occurrence of terrorist attacks and accidental explosions, the anti-explosion performance of building structures has been paid more and more attention. At the same time, shear wall structure has been widely used in multi-storey and high-rise buildings in recent years because of its advantages of good integrity and large lateral stiffness. This paper systematically summarizes the research status of anti-explosion performance of shear wall structures, and summarizes and analyzes the shortcomings of the current research, in order to provide reference for related research.

Key words: shear wall; blast resistance behavior; research progress

0 引言

相对于其他结构而言，剪力墙墙体的厚度较薄，并可有效地抵抗水平力的作用，同时又有分割空间的作用，使得其在住宅功能方面有很大优势，多出现于多层和高层建筑中。同时，剪力墙是结构中主要的承力构件，当它遭受爆炸作用时更加容易导致建筑结构的连续性倒塌。因此，有关剪力墙结构在爆炸荷载作用下破坏模式和动力响应的研究是十分重要的。目前，国内外对于剪力墙结构性能的研究主要集中于力学性能和抗震性能^[1-8]，有关其抗爆性能的研究还相对较少。本文针对爆炸荷载下剪力墙结构的抗爆性能，综述了近些年来国内外相应研究的最新成果，结合相应研究工作指出了目前存在的不足。

1 剪力墙结构特点

在剪力墙结构中，剪力墙墙体用以承受水平竖向各类荷载，一般情况下剪力墙贯通至结构的基础，基础刚性连接，相当于竖向悬臂结构。从受力特点看，在剪力墙结构中，由于剪力墙的侧向刚度较大，约 80%以上的水平荷载都由剪力墙结构来承担，剪力墙结构吸收的水平力大，结构具备更好抗震性，而且剪力墙结构的最大适用高度相对于其他结构要高。但剪力墙结构也有其缺点，如果剪力墙墙体的数量较多，结构的自重就会变大，所以地震产生的作用也会较大。同时根据规范要求，剪力墙墙体间距不能太大，这就削弱了剪力墙结构布置的灵活性，使得其在大空间公共建筑中难以适用。

2 研究现状

2.1钢筋混凝土剪力墙结构抗爆研究现状

杜永峰、靳振飞^[9][10]对剪力墙结构在爆炸作用下的抗爆性能进行了模拟试验，并考虑了不同墙体厚度、不同混凝土强度等参数的影响。试验表明，装配式剪力墙结构在爆炸荷载的影响下，其坐浆层处存在一些相对薄弱的新旧混凝土粘结面，而爆炸产生的应力波会聚集在坐浆层四周的墙体内部，使得其在爆炸作用下首先发生破坏。同时，通过增加墙体厚度和提高混凝土强度等级以及有效选取炸药的位置可增强剪力墙的抗爆性能；现浇框架-剪力墙结构的整体性优于灌浆套筒连接的框架-剪力墙结构，现浇框架-剪力墙在爆炸荷载下的破坏为延性破坏，爆炸产生的冲击波在现浇剪力墙结构内能够相互传递,各构件之间能够协同应对外力。

叶俊^[11]通过数值模拟试验对框架-剪力墙结构在爆炸荷载作用下的破坏模式和动态响应进行了研究。结果表明，以应变为基础,通过具体的爆炸距离、结构损伤等级和炸药用量这三者的关系可确定剪力墙结构的安全防护距离。

田力和胡建伟等^[12]对钢筋混凝土剪力墙在爆炸冲击波和爆破碎片的联合作用下的动态响应进行了研究，对比分析了不同高厚比、不同分布筋间距和炸药比例距离等参数对其的影响。结果表明，通过减小剪力墙分布筋的间距和钢筋混凝土剪力墙的高厚比，能够一定程度上减缓其水平位移的响应。

王嘉冰^[13]通过理论分析和数值模拟分别对三种墙体（普通墙体、剪力墙体、防爆墙体）在爆炸荷载下的破坏形态和动态响应进行了研究。结果表明，在达到变形极限前，剪力墙的抗压能力优于普通墙体，能够承受更多的爆炸荷载；其次，材料特性、冲击波自身和墙体对冲击波的各种反射、绕射作用以及结构粒子间的相互作用等都对墙体的破坏有一定的影响。

刘慧颖^[14]对一种钢筋混凝土框-剪结构的剪力墙在不同炸药量作用下的抗爆性能进行了研究。结果表明，剪力墙的破坏机理和动态响应与爆炸荷载有关，控制室迎爆面中间的剪力墙表现为弯曲破坏，而位于边跨的剪力墙则偏向于受拉破坏。当爆炸荷载作用较小时，剪力墙迎爆面会发生双向弯曲，其变形为弹性变形；当爆炸荷载逐步增大时，剪力墙整体变形增大且为塑性变形，迎爆面的破坏形态由双向弯曲逐步演变成单向弯曲破坏。

高芳华^[15]利用ABAQUS有限元分析软件对一种地下隧道内的土体-隧道-筏板基础-多层框剪结构在爆炸冲击波的影响下的破坏模式和动态响应进行了研究。结果表明，在爆炸荷载作用下，框剪结构 X 向运动与爆炸点间距的关系更为复杂；在框剪结构中，部分爆炸冲击波产生的能量分配给剪力墙，柱子受力减小，因此相比于框架结构，框剪结构的抗爆能力更强。

Saeed Parsafar、Seyed Vahid Razavi Tosee等^[16]对爆炸荷载作用下剪力墙系统的动态特性进行了研究，对比分析了墙厚度、外板厚度、纵向螺栓直径以及距爆炸中心的距离和炸药的质量等参数的影响。结果表明，除距爆炸中心的距离和炸药质量外，其余变量对最大应变能和位移的影响较小。 同时，在所有剪力墙结构模型中，由于结构构件尺寸特性的变化以及炸药距离和重量的变化，结构构件未进入屈服区。

2.2新型剪力墙结构抗爆研究现状

赵春风和卢欣等^[17]对单钢板混凝土剪力墙的抗爆性能进行了研究。进行了钢板混凝土剪力墙的接触爆炸试验，同时通过数值模拟试验对比分析了普通装配式混凝土剪力墙板、单侧钢板混凝土板和夹心钢板混凝土板在接触爆炸作用下抗爆性能。结构表明，三种试件在接触爆炸作用下的破坏模式都不同，通过配置钢筋网可明显增强钢板混凝土板的连接性能，进而提高整体稳定性和抗爆性能。

吴保桦、张尚根等^[18]对桁架式叠合板式剪力墙在爆炸作用下的动态响应进行了研究，对比分析了现浇板式墙和桁架式叠合板式墙在冲击荷载作用下破坏形变、强度及裂缝分布等性能。结果表明:两种剪力墙在爆炸作用下的破坏过程相近;当爆炸荷载作用较小时,试件处于弹性状态,两者刚度基本一致;相比现浇板式墙，桁架式叠合板式剪力墙的整体性能和抗爆性能更好。

Hossein Khorshidi、Masoud Mirtaheri等^[19]为了研究钢板剪力墙在爆炸荷载作用下的性能，通过ABAQUS有限元软件对钢板剪力墙试件进行建模，并与实验数据进行对比，验证建模和软件工作的正确性。结果表明，在剪力墙系统中使用随和钢板可以减少钢框架的位移。 此外，通过增加随和钢和结构钢系统的板厚，能够使得其在近场爆炸和远场爆炸下的位移减小。  

Seyede vahide Hashemi、Abbasali Sadeghi等^[20]在二维有限元ABAQUS软件中分别对钢板剪力墙结构和6层弯矩框架的板内施加爆炸荷载，并对其发生连续倒塌的可能性进行了检验和比较。 结果表明,在板内爆炸的情况下,钢板剪力墙的抗爆性能更好，而在板外的爆炸的情况下，由于爆炸冲击波的影响，弯矩框架的抗爆性能表现更好

2.3 抗爆理论

C.J.Naito、Wheaton等^[21]提出了一种评估爆炸载荷作用下结构构件性能的方法。 该方法结合了基本截面分析、等效单自由度(SDOF)模型和静力有限元推覆分析，计算了外部爆炸作用下既有剪力墙的爆炸抗力。 该方法优化了结果的宽度，同时最小化所需的计算复杂度。

王耀东^[22]通过对比分析国内外的抗爆设计细节，对冲击波作用下的抗爆体系的受力和动态响应进行了进一步分析研究并提出了一种冲击波的确定方法，对各种荷载参数也进行了推导。结果表明，抗爆设计时的选材原则，应以减小构件刚度、提高构件强度为基础，使构件尽量处于比较大的变形状态，以此达到较大耗能的目的。

张效晗^[23]

对高层剪力墙结构附建式人防地下室结构在核爆作用下的抗空气冲击波概念设计进行了研究。结果表明，针对高层剪力墙结构的关进部位应进行局部构件加强设计，同时还结合现实工程提出了附建式人防地下室在核爆作用下抗空气冲击波的概念设计理念和核爆空气冲击波作用下剪力墙荷载等的相关计算方法。

3 结论与展望

综上所述，目前国内外已在剪力墙结构的抗爆性能方面开展了一定的研究工作，并取得了较丰富的研究成果，为了促进剪力墙结构抗爆性能的研究和工程应用，本文在对其研究现状进行了总结分析的基础上，给出以下几点建议供参考：

（1）深入开展剪力墙结构节点和整体结构等领域的抗爆性能研究；

（2）更多的研究应基于实际爆炸试验，结合数值模拟、理论分析等方法对比分析数据的可靠性；

（3）剪力墙结构抗爆性能的研究还处于初级阶段，理论分析方面主要是基于SDOF法的研究，应对相关理论再进行深入研究。

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1基金项目：四川省大学生创新创业训练计划项目（S202110619013）

作者简介：周迅（2000—），男，四川人，本科生，从事结构工程方面研究

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