兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (8): 240834-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0834
刘瀚1,*(), 翟馨怡1, 杨磊1, 王志远1, 黄广炎1,2
收稿日期:
2024-09-12
上线日期:
2025-08-28
通讯作者:
基金资助:
LIU Han1,*(), ZHAI Xinyi1, YANG Lei1, WANG Zhiyuan1, HUANG Guangyan1,2
Received:
2024-09-12
Online:
2025-08-28
摘要:
爆炸地震波以其波长长、振幅强、传播速度快等特征,成为诱发建筑物坍塌和基础设施损毁等爆炸次生灾害的主要因素。基于2种典型防爆装备开展不同TNT药量的静爆试验,研究空爆(Free-Air Blast,FAB)、钢质防爆(Steel Explosion-Proof,SEP)和柔性防爆(Flexible Explosion-Proof,FEP)3种不同防护条件下爆炸地震波的传播衰减规律,分析SEP和FEP 2种典型防爆装备的振速时域响应与主振频率特性。构建SEP和FEP防护下的三轴峰值振速矢量和衰减模型,并据此划分建筑物破坏等级,细分为安全、轻微破坏、严重破坏三级判据准则。研究发现:三轴峰值振速矢量和随着TNT药量的增加而增大,随着爆距的增大而减小;三轴主频对于爆距或TNT药量的增大并无明显变化规律,相较于FAB,SEP和FEP均展现出对爆炸地震波三轴峰值振速的大幅度防护性能。所得研究结果可为相关防爆装备结构设计和爆炸地震波防护效能评价提供参考。
中图分类号:
刘瀚, 翟馨怡, 杨磊, 王志远, 黄广炎. 典型防爆装备对爆炸地震波的防护性能[J]. 兵工学报, 2025, 46(8): 240834-.
LIU Han, ZHAI Xinyi, YANG Lei, WANG Zhiyuan, HUANG Guangyan. Protection Performance of Typical Explosion-proof Equipment against Explosion-induced Seismic Waves[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(8): 240834-.
工况 | TNT药量/g | 防护条件 |
---|---|---|
1 | 750 | FAB |
2 | 1500 | |
3 | 2250 | |
4 | 750 | SEP |
5 | 1500 | |
6 | 2250 | |
7 | 3000 | |
8 | 750 | FEP |
9 | 1500 | |
10 | 2250 | |
11 | 3000 |
表1 爆炸地震波防护性能试验工况
Table 1 Explosion-induced seismic wave load test conditions
工况 | TNT药量/g | 防护条件 |
---|---|---|
1 | 750 | FAB |
2 | 1500 | |
3 | 2250 | |
4 | 750 | SEP |
5 | 1500 | |
6 | 2250 | |
7 | 3000 | |
8 | 750 | FEP |
9 | 1500 | |
10 | 2250 | |
11 | 3000 |
TNT 药量/g | 爆距/m | 振速/(cm·s-1) | 主频/Hz | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
x轴 | y轴 | z轴 | x轴 | y轴 | z轴 | ||
750 | 4 | 12.58 | 4.38 | 8.73 | 26.68 | 43.18 | 124.38 |
6 | 7.68 | 1.30 | 5.95 | 108.23 | 21.46 | 154.32 | |
8 | 4.43 | 1.42 | 5.60 | 250 | 26.82 | 147.93 | |
1500 | 4 | 24.42 | 6.07 | 15.41 | 56.31 | 162.34 | 95.42 |
6 | 12.34 | 1.83 | 8.64 | 79.11 | 35.41 | 127.55 | |
8 | 6.65 | 2.01 | 7.02 | 91.58 | 30.01 | 157.23 | |
2250 | 4 | 23.82 | 9.81 | 20.69 | 80.39 | 252.53 | 12.83 |
6 | 15.25 | 4.01 | 10.72 | 42.74 | 8.94 | 181.16 | |
8 | 7.22 | 1.91 | 7.95 | 61.12 | 11.89 | 93.63 |
表2 爆炸地震波三轴参数(FAB)
Table 2 Explosion seismic wave parameter table (FAB)
TNT 药量/g | 爆距/m | 振速/(cm·s-1) | 主频/Hz | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
x轴 | y轴 | z轴 | x轴 | y轴 | z轴 | ||
750 | 4 | 12.58 | 4.38 | 8.73 | 26.68 | 43.18 | 124.38 |
6 | 7.68 | 1.30 | 5.95 | 108.23 | 21.46 | 154.32 | |
8 | 4.43 | 1.42 | 5.60 | 250 | 26.82 | 147.93 | |
1500 | 4 | 24.42 | 6.07 | 15.41 | 56.31 | 162.34 | 95.42 |
6 | 12.34 | 1.83 | 8.64 | 79.11 | 35.41 | 127.55 | |
8 | 6.65 | 2.01 | 7.02 | 91.58 | 30.01 | 157.23 | |
2250 | 4 | 23.82 | 9.81 | 20.69 | 80.39 | 252.53 | 12.83 |
6 | 15.25 | 4.01 | 10.72 | 42.74 | 8.94 | 181.16 | |
8 | 7.22 | 1.91 | 7.95 | 61.12 | 11.89 | 93.63 |
TNT 药量/g | 爆距/m | 振速/(cm·s-1) | 主频/Hz | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
x轴 | y轴 | z轴 | x轴 | y轴 | z轴 | ||
750 | 4 | 6.59 | 1.1 | 4.65 | 96.53 | 25.46 | 164.47 |
6 | 4.33 | 0.69 | 3.06 | 107.3 | 48.73 | 134.41 | |
8 | 2.84 | 0.41 | 2.99 | 61.88 | 47.65 | 150.6 | |
1500 | 4 | 10.27 | 3.32 | 5.56 | 87.72 | 17.28 | 189.39 |
6 | 6.2 | 1.25 | 4.95 | 101.21 | 43.78 | 158.23 | |
8 | 4.49 | 0.94 | 4.35 | 98.81 | 29.94 | 143.68 | |
2250 | 4 | 7.89 | 5.66 | 9.53 | 46.9 | 19.52 | 141.24 |
6 | 4.48 | 3.77 | 8.96 | 26.26 | 43.48 | 204.92 | |
8 | 3.34 | 2.31 | 6.64 | 59.24 | 14.59 | 149.7 | |
3000 | 4 | 10.54 | 5.56 | 12.19 | 52.74 | 116.28 | 162.34 |
6 | 5.41 | 4.22 | 12.83 | 26.68 | 175.68 | 165.56 | |
8 | 5.4 | 2.04 | 9.27 | 35.82 | 34.29 | 120.19 |
表4 爆炸地震波三轴参数(SEP)
Table 4 Explosion seismic wave parameter table (SEP)
TNT 药量/g | 爆距/m | 振速/(cm·s-1) | 主频/Hz | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
x轴 | y轴 | z轴 | x轴 | y轴 | z轴 | ||
750 | 4 | 6.59 | 1.1 | 4.65 | 96.53 | 25.46 | 164.47 |
6 | 4.33 | 0.69 | 3.06 | 107.3 | 48.73 | 134.41 | |
8 | 2.84 | 0.41 | 2.99 | 61.88 | 47.65 | 150.6 | |
1500 | 4 | 10.27 | 3.32 | 5.56 | 87.72 | 17.28 | 189.39 |
6 | 6.2 | 1.25 | 4.95 | 101.21 | 43.78 | 158.23 | |
8 | 4.49 | 0.94 | 4.35 | 98.81 | 29.94 | 143.68 | |
2250 | 4 | 7.89 | 5.66 | 9.53 | 46.9 | 19.52 | 141.24 |
6 | 4.48 | 3.77 | 8.96 | 26.26 | 43.48 | 204.92 | |
8 | 3.34 | 2.31 | 6.64 | 59.24 | 14.59 | 149.7 | |
3000 | 4 | 10.54 | 5.56 | 12.19 | 52.74 | 116.28 | 162.34 |
6 | 5.41 | 4.22 | 12.83 | 26.68 | 175.68 | 165.56 | |
8 | 5.4 | 2.04 | 9.27 | 35.82 | 34.29 | 120.19 |
TNT 药量/g | 爆距/m | 振速/(cm·s-1) | 主频/Hz | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
x轴 | y轴 | z轴 | x轴 | y轴 | z轴 | ||
750 | 4 | 7.25 | 1.55 | 2.93 | 30.49 | 28.67 | 163.4 |
6 | 5.77 | 0.74 | 2.1 | 28.12 | 28.38 | 126.26 | |
8 | 3.38 | 0.59 | 1.78 | 32.59 | 28.54 | 156.25 | |
1500 | 4 | 7.0 | 2.23 | 3.89 | 23.36 | 26.1 | 186.57 |
6 | 5.86 | 0.94 | 3.0 | 27.41 | 28.9 | 159.24 | |
8 | 5.02 | 0.82 | 2.39 | 29.34 | 29.17 | 165.56 | |
2250 | 4 | 6.92 | 12.62 | 6.77 | 64.77 | 47.62 | 42.52 |
6 | 5.43 | 1.76 | 4.02 | 67.2 | 38.34 | 187.97 | |
8 | 5.32 | 0.98 | 2.69 | 40.26 | 30.56 | 152.44 | |
3000 | 4 | 7.63 | 1.84 | 6.66 | 74.4 | 16.66 | 147.93 |
6 | 7.92 | 2.12 | 4.63 | 26.65 | 28.94 | 154.32 | |
8 | 6.01 | 1.0 | 3.76 | 27.87 | 28.47 | 165.56 |
表6 爆炸地震波三轴参数(FEP)
Table 6 Explosion-induced seismic wave parameters (FEP)
TNT 药量/g | 爆距/m | 振速/(cm·s-1) | 主频/Hz | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
x轴 | y轴 | z轴 | x轴 | y轴 | z轴 | ||
750 | 4 | 7.25 | 1.55 | 2.93 | 30.49 | 28.67 | 163.4 |
6 | 5.77 | 0.74 | 2.1 | 28.12 | 28.38 | 126.26 | |
8 | 3.38 | 0.59 | 1.78 | 32.59 | 28.54 | 156.25 | |
1500 | 4 | 7.0 | 2.23 | 3.89 | 23.36 | 26.1 | 186.57 |
6 | 5.86 | 0.94 | 3.0 | 27.41 | 28.9 | 159.24 | |
8 | 5.02 | 0.82 | 2.39 | 29.34 | 29.17 | 165.56 | |
2250 | 4 | 6.92 | 12.62 | 6.77 | 64.77 | 47.62 | 42.52 |
6 | 5.43 | 1.76 | 4.02 | 67.2 | 38.34 | 187.97 | |
8 | 5.32 | 0.98 | 2.69 | 40.26 | 30.56 | 152.44 | |
3000 | 4 | 7.63 | 1.84 | 6.66 | 74.4 | 16.66 | 147.93 |
6 | 7.92 | 2.12 | 4.63 | 26.65 | 28.94 | 154.32 | |
8 | 6.01 | 1.0 | 3.76 | 27.87 | 28.47 | 165.56 |
防护条件 | TNT药量/g | 爆距 | ||
---|---|---|---|---|
4m | 6m | 8m | ||
FAB | 750 | 12.594 | 7.703 | 5.729 |
1500 | 24.757 | 12.421 | 7.651 | |
2250 | 28.759 | 15.436 | 7.964 | |
SEP | 750 | 6.616 | 4.338 | 3.163 |
1500 | 10.271 | 6.204 | 4.640 | |
2250 | 10.606 | 8.062 | 7.104 | |
3000 | 15.737 | 12.976 | 8.661 | |
FEP | 750 | 6.006 | 4.699 | 3.561 |
1500 | 7.245 | 5.953 | 5.139 | |
2250 | 8.536 | 6.940 | 5.368 | |
3000 | 10.693 | 7.965 | 6.203 |
表7 三轴峰值振速矢量和
Table 7 Triaxial peak vibration velocity vector sum cm/s
防护条件 | TNT药量/g | 爆距 | ||
---|---|---|---|---|
4m | 6m | 8m | ||
FAB | 750 | 12.594 | 7.703 | 5.729 |
1500 | 24.757 | 12.421 | 7.651 | |
2250 | 28.759 | 15.436 | 7.964 | |
SEP | 750 | 6.616 | 4.338 | 3.163 |
1500 | 10.271 | 6.204 | 4.640 | |
2250 | 10.606 | 8.062 | 7.104 | |
3000 | 15.737 | 12.976 | 8.661 | |
FEP | 750 | 6.006 | 4.699 | 3.561 |
1500 | 7.245 | 5.953 | 5.139 | |
2250 | 8.536 | 6.940 | 5.368 | |
3000 | 10.693 | 7.965 | 6.203 |
破坏等级 | 比例距离/(m·kg-1/3) | 对应破坏特征 | |
---|---|---|---|
SEP | FEP | ||
Ⅰ级 | 5.553 | 5.329 | 安全 |
Ⅱ级 | 2.486 | 1.534 | 轻微破坏 |
Ⅲ级 | 1.854 | 0.974 | 严重破坏 |
表8 建筑物破坏判据及等级划分(SEP/FEP)
Table 8 Building failure criteria and classification (SEP/FEP)
破坏等级 | 比例距离/(m·kg-1/3) | 对应破坏特征 | |
---|---|---|---|
SEP | FEP | ||
Ⅰ级 | 5.553 | 5.329 | 安全 |
Ⅱ级 | 2.486 | 1.534 | 轻微破坏 |
Ⅲ级 | 1.854 | 0.974 | 严重破坏 |
TNT药量/g | 爆距/m | 防护条件 | |
---|---|---|---|
SEP | FEP | ||
750 | 4 | I→II | I→II |
6 | I→II | I | |
8 | I | I | |
1500 | 4 | I→II | I→II |
6 | I→II | I→II | |
8 | I | I | |
2250 | 4 | I→II | I→II |
6 | I→II | I→II | |
8 | I→II | I→II | |
3000 | 4 | II→III | I→II |
6 | I→II | I→II | |
8 | I→II | I→II |
表9 建筑物破坏情况(SEP/FEP)
Table 9 Building damage(SEP/FEP)
TNT药量/g | 爆距/m | 防护条件 | |
---|---|---|---|
SEP | FEP | ||
750 | 4 | I→II | I→II |
6 | I→II | I | |
8 | I | I | |
1500 | 4 | I→II | I→II |
6 | I→II | I→II | |
8 | I | I | |
2250 | 4 | I→II | I→II |
6 | I→II | I→II | |
8 | I→II | I→II | |
3000 | 4 | II→III | I→II |
6 | I→II | I→II | |
8 | I→II | I→II |
[14] |
董晓鹏. 爆炸地震与空气冲击波作用下网架结构动力响应研究[D]. 天津: 天津大学, 2017.
|
|
|
[15] |
耿民, 刘玺, 李植伟, 等. 采用数值模拟方法对隔震沟隔震效应的研究[J]. 兵器装备工程学报, 2024, 45(增刊1):293-299.
|
|
|
[16] |
刘鑫. 爆炸荷载下柱顶隔震结构柱动态响应分析[D]. 天津: 天津大学, 2019.
|
|
|
[17] |
|
[18] |
曾一鑫, 白春华, 王仲琦. 基于HHT研究房屋结构对爆炸地震的振动响应[J]. 振动与冲击, 2014, 33(15):71-75.
|
|
|
[19] |
贾琪. 径向超材料波屏蔽特性研究[D]. 西安: 西安建筑科技大学, 2023.
|
|
|
[20] |
杨磊, 刘瀚, 黄广炎, 等. 典型防爆装备对TNT爆炸冲击波的防护性能[J]. 兵工学报, 2023, 44(10):2871-2884.
doi: 10.12382/bgxb.2023.0281 |
[1] |
|
[2] |
方秦, 杨石刚, 陈力, 等. 天津港“8·12”特大火灾爆炸事故建筑物和人员损伤破坏情况及其爆炸威力分析[J]. 土木工程学报, 2017, 50(3):12-18.
|
|
|
[3] |
王晨辰, 张盛中, 杨晓瑜, 等. 天津港“8·12”爆炸事件记录波形分析[J]. 地震工程学报, 2018, 40(1):130-138.
|
|
|
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
李学政, 王敏超. 小当量地下爆炸的质点速度模型[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37 (5):899-905.
|
|
|
[7] |
周岸峰, 李道奎, 周仕明, 等. 爆炸地冲击载荷计算方法综述[J]. 工程爆破, 2023, 29(5):38-46,56.
|
[20] |
doi: 10.12382/bgxb.2023.0281 |
[21] |
伍福寿, 张学民, 韩淼, 等. 近接既有隧道爆破激发地震波成分构成及特性研究[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2024, 55(4) 1406-1417.
|
|
|
[22] |
|
[23] |
金旭浩. 爆破地震波的产生及衰减机制[D]. 武汉: 武汉大学, 2013.
|
|
|
[24] |
周俊汝, 卢文波, 张乐, 等. 爆破地震波传播过程的振动频率衰减规律研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2014,(11):2171-2178.
|
|
|
[25] |
|
[26] |
谢姣. 基于Ansys/ls-dyna数值模拟的爆破地震效应影响因素分析[D]. 西安: 长安大学, 2014.
|
|
|
[7] |
|
[8] |
|
[9] |
|
[10] |
雷振, 李卓, 雷兴海, 等. 爆破振动作用下高层建筑振速变化规律研究[J]. 工程爆破, 2022, 28(2):7-14.
|
|
|
[11] |
娄建武, 龙源, 徐全军, 等. 普通民房在爆破地震波作用下的振动破坏分析[J]. 解放军理工大学学报(自然科学版), 2001, 2(2):21-25.
|
|
|
[12] |
高富强, 张光雄, 杨军. 爆破地震荷载作用下建筑结构的动力响应分析[J]. 爆破, 2015, 32(1):5-10,80.
|
|
|
[13] |
李万涛, 赵凯, 徐成岩, 等. 局部凹陷地形对爆炸地震波传播规律影响的研究[J]. 现代矿业, 2019, 35(9):56-60.
|
|
|
[27] |
|
[28] |
|
[29] |
|
[30] |
安胜杰, 易吉祥, 池恩安, 等. 爆破地震波传播规律试验研究[J]. 爆破, 2021, 38(2):32-36,166.
|
|
|
[31] |
冉成. 爆破地震波作用下房屋结构动力响应研究[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2017.
|
|
[1] | 孔祥清, 李若男, 常雅慧, 付莹. 泡沫填充负泊松比蜂窝夹层结构的抗爆性能数值模拟[J]. 兵工学报, 2024, 45(9): 3091-3104. |
[2] | 贾益宁, 温垚珂, 董方栋, 覃彬, 李子轩, 郑浩. 基于人体解剖结构的防护装备性能及武器杀伤效能评估[J]. 兵工学报, 2024, 45(8): 2774-2783. |
[3] | 傅耀宇, 贵新成, 周云波, 刘家志, 石昊, 王铮. 破片杀伤战斗部空爆状态下车顶夹芯板防护性能分析与优化设计[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 69-84. |
[4] | 杨磊, 刘瀚, 黄广炎, 田相鹏. 典型防爆装备对TNT爆炸冲击波的防护性能[J]. 兵工学报, 2023, 44(10): 2871-2884. |
[5] | 刘瀚, 赵耀, 郭志威, 冯顺山, 黄广炎. 防爆装备对TNT炸药爆炸强噪声的防护性能[J]. 兵工学报, 2022, 43(9): 2058-2074. |
[6] | 柴崧淋, 侯海量, 金键, 李典, 李永清. 水下接触爆炸下舷侧防雷舱吸能结构形式试验研究[J]. 兵工学报, 2022, 43(6): 1395-1406. |
[7] | 郑秋杰, 郭迎福, 蔡志华, 张磊. 步枪弹高速冲击下防弹头盔功能梯度泡沫内衬的防护性能[J]. 兵工学报, 2021, 42(6): 1275-1282. |
[8] | 王孟鑫, 陈睿颖, 王金相. 破片与冲击波联合作用下多孔泡沫铝夹芯复合材料板的防护性能[J]. 兵工学报, 2021, 42(5): 1041-1052. |
[9] | 李云龙, 赵长禄, 张付军, 李欣, 王湘卿. 装甲车辆进排气格栅的气动特性试验研究与防护性能分析[J]. 兵工学报, 2012, 33(2): 129-133. |
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