CN110020483A - 一种结构中爆炸泄入坑道内部冲击波超压药量等效系数的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结构中爆炸泄入坑道内部冲击波超压药量等效系数的计算方法，所述计算方法包括以下步骤：步骤S1、进行N次结构中爆炸试验；步骤S2、依据步骤S1中所得△P，计算在坑道开口端中心部位爆炸条件下同一位置产生相同超压△P所需的等效药量ω；步骤S3、设置药量等效系数为ω/Q，Q为实验药量，由量纲分析得：步骤S4、将试验数据及与实验数据相对应的计算数据进行拟合，得到等效药量具体表达式。本发明可依据装药量Q、坑道等效直径D、爆心高度H、基体抗压强度σ_c、结构配筋率ρ，直接计算结构中爆炸时，泄入坑道内部冲击波超压的药量等效系数，利用该系数，可对炸药能量的分配规律做出快速准确的判断，从而对坑道工程的毁伤做出合理预估。

Description

一种结构中爆炸泄入坑道内部冲击波超压药量等效系数的计 算方法

技术领域

本发明涉及空气冲击波荷载的工程算法，具体是一种结构中爆炸泄入坑道内部冲击波超压药量等效系数的计算方法。

背景技术

为了抵御常规钻地武器的毁伤，通常构筑坑道工程保护重要的物资和设备。随着命中精度和侵彻能力的提高，钻地武器极有可能直接命中工程口部正上方结构并侵入结构中爆炸，该结构是坑道工程的重要防护屏障，它的抗爆功能对保护坑道内部结构、人员、设备的安全起着至关重要的作用。

根据来袭钻地武器的侵彻能力、爆炸威力以及坑道工程抗力等级的不同，可将坑道工程的毁伤大致分为3种典型模式，模式一：结构不被穿透且不被炸穿，未形成坑道内冲击波传播；模式二：结构不被穿透但被炸穿，形成坑道内冲击波传播；模式三：结构被穿透，形成坑道内爆炸。上述3种毁伤模式中，模式一炸药能量大部分用于毁伤结构、产生地冲击、地震动并给结构造成一定程度毁伤，但传入结构内部的冲击波可以忽略；模式二炸药能量部分用于毁伤结构并给结构造成一定程度毁伤，另一部分转化为冲击波并传入结构内部；模式三为坑道内爆炸，炸药能量绝大部分转化形成冲击波。对于模式一和三的研究，目前相对系统和成熟，而对于模式二的研究主要集中于结构的震塌破坏研究，但对结构毁伤后的泄漏空气冲击波的研究极为有限。

对于模式二，如果爆炸造成炸点至结构下表面一定范围内的结构材料严重破坏并完全剥离，形成爆轰产物传播通道，则有爆轰产物连同破碎的结构碎片通过通道涌入坑道并形成坑道内部冲击波传播，造成坑道内部的结构、人员、设备的毁伤，所以炸药能量一部分用于毁伤结构，另一部分形成坑道中泄漏冲击波。目前，对于模式二的研究中存在的突出问题是炸药能量的分配规律认识不清，直接影响了该模式下坑道工程的毁伤评估。

发明内容

本发明的目的是提出一种结构中爆炸泄入坑道内部冲击波超压药量等效系数的计算方法，当炸药在坑道工程口部正上方结构内部发生爆炸时，可依据该系数对炸药能量的分配规律做出快速准确的判断，从而对坑道工程的毁伤做出合理预估。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种结构中爆炸泄入坑道内部冲击波超压药量等效系数的计算方法，所述的坑道两端开口，一端开口下方设有防护结构，所述药量等效系数是指在坑道开口端中心部位爆炸条件下在相同位置产生相同超压的等效药量与结构中爆炸泄入坑道内部冲击波超压所使用药量的比值，所述计算方法包括以下步骤：

步骤S1、进行N次结构中爆炸试验，将防护结构覆盖在坑道入口上方，采用TNT集团装药，在防护结构的内部起爆，测定主坑道侧壁不同位置的冲击波超压峰值△P，通过N组不同爆炸点不同药量的试验得到一系列试验数据；

步骤S2、依据步骤S1中所得△P，代入坑道内爆炸空气冲击波超压峰值计算公式，计算在坑道开口端中心部位爆炸条件下同一位置产生相同超压△P的所需的等效药量ω，其中，当L/D≤6时，坑道内爆炸空气冲击波超压峰值计算公式为：

当L/D≥6时，坑道内爆炸空气冲击波超压峰值计算公式为：

上述公式中，S为坑道截面积，D为坑道直径，L为测点至炸药水平距离，ω为等效药量；

步骤S3、设置药量等效系数为ω/Q，等效药量ω与试验装药量Q、坑道等效直径D、爆心高度H、基体抗压强度σ_c、结构配筋率ρ相关，由量纲分析得：

步骤S4、将试验数据及与试验数据相对应的计算数据进行拟合，得到等效药量具体表达式为：

所述公式(1)、公式(2)中，0.4≤D/Q^1/3≤1.1。

所述公式(4)中，0＜ρ≤2，20MPa≤σ_c≤80MPa，

本发明的原理：等效药量是指坑道内爆条件下产生的与炸药在结构中爆炸泄入坑道中同一位置相同超压效果时对应的药量，即背景技术中所述的第三种模式下在坑道内同一位置产生与第二种模式下相同超压效果所使用的药量，由于第三种模式的研究相对完善成熟，可据此将第二种模式下的炸药能量分配规律与第三种模式下的炸药能量的分配规律进行对比分析，从而实现对第二种模式下坑道工程的毁伤进行快速评估。

本发明的有益效果是：本发明可依据装药量Q、坑道等效直径D、爆心高度H、基体抗压强度σ_c、结构配筋率ρ，直接计算结构中爆炸时，泄入坑道内部冲击波超压的药量等效系数，利用该系数，可对炸药能量的分配规律做出快速准确的判断，从而对坑道工程的毁伤做出合理预估，方法中所提供的公式具有普遍意义，可以推广应用到不同的情况中。

附图说明

图1为本发明所设计的试验装置示意图。

图中，1、结构试件，2、坑道，3、装药部。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

一种结构中爆炸泄入坑道内部冲击波超压药量等效系数的计算方法，所述的坑道两端开口，一端的开口位于坑道侧壁，另一端的开口位于坑道顶壁，顶壁开口外设有防护结构，所述药量等效系数是指在坑道开口端中心部位爆炸条件下在相同位置产生相同超压的等效药量与结构中爆炸泄入坑道内部冲击波超压所使用药量的比值，所述计算方法包括以下步骤：

步骤S1、进行N次结构中爆炸试验，将防护结构覆盖在坑道入口上方，采用TNT集团装药，在防护结构的内部起爆，测定主坑道侧壁不同位置的冲击波超压峰值△P，通过N组不同爆炸点不同药量的试验得到一系列试验数据；

如图1所示，试验装置由预制的防护结构试件1和组合式钢制模型坑道2组成，装药部3位于结构试件1内；

其中，防护结构试件共设计了三种结构试件，I类试件尺寸1000mm×1000mm×500mm，采用Φ8HPB335钢筋，体积配筋率1％；II类试件尺寸同I类试件，体积配筋率2％，I、II类试件浇筑完毕，方形试件各边缘外扩40cm，试件外边缘采用2mm厚薄钢板进行约束，钢板与原试件之间填充C30素混凝土。增加试件几何尺寸并用钢板进行约束的目的在于增加试件的最大毁伤药量，同时减小试件的边界效应。III类试件为圆柱体，试件直径162cm(钢模壁厚1cm)，高75cm。I、II类试件混凝土标号C20～80不等，III类试件混凝土标号C30，均采用Φ8HPB335钢筋，I类试件水平配筋间距150mm，竖向配筋间距100mm，II类试件水平配筋间距150mm，竖向配筋间距100mm，III类试件内部采用Φ14螺纹钢，钢筋水平间距15cm；共7层钢筋网片，钢筋之间扎丝连接；网片点焊连接于4根架立钢筋；钢筋网片竖向间距12cm；

钢制模型坑道：模型坑道总长21m，由21节可拼装式钢结构单元组成。每节坑道单元长100cm，净截面为60cm×60cm，壁厚2cm。为保持模型坑道在爆炸试验过程中的气密性，坑道单元通过高强螺栓连接，单元与单元之间设有密封圈，坑道两端开口；

试验主要考察了不同装药量、不同埋深、不同钢筋配筋率、不同混凝土基体强度对坑道中冲击波超压的影响，共进行了40次试验。

步骤S2、依据步骤S1中所得△P，代入坑道内爆炸空气冲击波超压峰值计算公式，计算在坑道开口端中心部位爆炸条件下同一位置所需的等效药量ω，其中，当L/D≤6时，坑道内爆炸空气冲击波超压峰值计算公式为：

当L/D≥6时，坑道内爆炸空气冲击波超压峰值计算公式为：

上述公式中，S为坑道截面积，D为坑道直径，L为测点至炸药水平距离，ω为等效药量；

步骤S3、设置药量等效系数为ω/Q，等效药量ω与试验装药量Q、坑道等效直径D、爆心高度H、基体抗压强度σ_c、结构配筋率ρ相关，由量纲分析得：

步骤S4、将试验数据及与试验数据相对应的计算数据进行拟合，得到等效药量具体表达式为：

所述公式(1)、公式(2)中，0.4≤D/Q^1/3≤1.1。

所述公式(4)中，0＜ρ≤2，20MPa≤σ_c≤80MPa，

试验实测的坑道冲击波超压峰值、与实测超压峰值对应的等效药量ω值、计算的ω/Q值、由拟合公式(4)计算所得的ω/Q值如表1所示：

表1结构中爆炸条件下坑道中冲击波超压测试与等效药量计算结果

由上表可知，拟合结果的相关系数R＝0.941，标准差SD＝0.248。评价拟合结果好坏时，一方面相关系数R要尽量接近1(与试验结果吻合良好，误差须在容许范围内)，小于0.8则失去实用价值；另一方面，相关系数R与标准差SD的值说明本公式具备良好的外延性，即拟合结果有较好的适用范围，而不仅仅局限于试验对应的工况

本发明未详述部分为现有技术。

Claims (3)

1.一种结构中爆炸泄入坑道内部冲击波超压药量等效系数的计算方法，所述的坑道两端开口，一端的开口位于坑道侧壁，另一端的开口位于坑道顶壁，顶壁开口外设有防护结构，所述药量等效系数是指在坑道开口端中心部位爆炸条件下在相同位置产生相同超压的等效药量与结构中爆炸泄入坑道内部冲击波超压所使用药量的比值，其特征是：所述计算方法包括以下步骤：

步骤S1、进行N次结构中爆炸试验，将防护结构覆盖在坑道入口上方，采用TNT集团装药，在防护结构的内部起爆，测定主坑道侧壁不同位置的冲击波超压峰值△P，通过N组不同爆炸点不同药量的试验得到一系列试验数据；

步骤S2、依据步骤S1中所得△P，代入坑道内爆炸空气冲击波超压峰值计算公式，计算在坑道开口端中心部位爆炸条件下同一位置产生相同超压△P所需的等效药量ω，其中，当L/D≤6时，坑道内爆炸空气冲击波超压峰值计算公式为：

当L/D≥6时，坑道内爆炸空气冲击波超压峰值计算公式为：

上述公式中，S为坑道截面积，D为坑道直径，L为测点至炸药水平距离，ω为等效药量；

步骤S3、设置药量等效系数为ω/Q，等效药量ω与试验装药量Q、坑道等效直径D、爆心高度H、基体抗压强度σ_c、结构配筋率ρ相关，由量纲分析得：

步骤S4、将试验数据及与试验数据相对应的计算数据进行拟合，得到等效药量具体表达式为：

2.根据权利要求1所述的一种结构中爆炸泄入坑道内部冲击波超压药量等效系数的计算方法，其特征是：所述公式(1)、公式(2)中，0.4≤D/Q^1/3≤1.1。

3.根据权利要求1所述的一种结构中爆炸泄入坑道内部冲击波超压药量等效系数的计算方法，其特征是：所述公式(4)中，0＜ρ≤2，20MPa≤σ_c≤80MPa，