爆炸產(chǎn)物在空氣中呈有規(guī)律膨脹收縮（詞條“收縮”由行業(yè)大百科提供）的脈動過程，但對破壞作用有實(shí)際意義的只是第一次的膨脹和壓縮脈動過程。爆炸產(chǎn)物與空氣的分界面剛開始是清晰的，由于產(chǎn)物的脈動過程，特別是分界面周圍產(chǎn)生的湍流效應(yīng)使界面越來越模糊，最后與空氣介質(zhì)混在一起。一般認(rèn)為，當(dāng)爆炸物停止膨脹時，空氣沖擊波就與爆炸產(chǎn)物分離，并獨(dú)自向前傳播。爆炸空氣沖擊波在傳播過程中，波的前沿以超聲速傳播，而正壓區(qū)的尾部是以與壓力p相對應(yīng)的聲速傳播，所以正壓區(qū)被不斷拉寬，受壓縮的空氣量不斷增加，使得單位質(zhì)量空氣的平均能量不斷下降。因此，空氣沖擊波傳播過程中波陣面壓力在初始階段衰減很快，后期衰減平緩。
計(jì)算沖擊波壓力與正壓區(qū)沖量可用如下公式：
對于不同形式的荷載，可以取不同的參數(shù)λ、γ 來描述。比如典型的三角脈沖荷載就可以取λ=1 和γ=0來描述。
4 玻璃在爆炸荷載作用下的研究現(xiàn)狀
4.1玻璃在風(fēng)荷載（詞條“風(fēng)荷載”由行業(yè)大百科提供）下的研究
風(fēng)會對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生風(fēng)壓（詞條“風(fēng)壓”由行業(yè)大百科提供）荷載，風(fēng)引起的風(fēng)沙會對建筑上安置的玻璃產(chǎn)生風(fēng)沙荷載，風(fēng)沙荷載對夾層玻璃的破壞引起了研究人員的注意，部分學(xué)者從玻璃材料的性質(zhì)，玻璃在抗風(fēng)壓、抗沖擊條件下的材料參數(shù)和幾何參數(shù)入手，對這一問題進(jìn)行了研究。
Ji 等學(xué)者關(guān)注夾層玻璃外層玻璃的破壞，他們研究了外層玻璃板在低速小顆粒碰撞下的破壞概率，得到了與計(jì)算結(jié)果比較吻合的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。從他們的研究結(jié)果可以看出外層玻璃板的破壞概率主要與碰撞速度有關(guān)，而玻璃板的厚度對破壞概率的影響較小，PVB膠片對外層玻璃板的應(yīng)力破壞影響更小。在夾層玻璃的內(nèi)層玻璃方面，Kaiser進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)內(nèi)層玻璃板的厚度和PVB膠合層的厚度對內(nèi)層玻璃板抗破碎性有很大的影響。Flocker和Dharani則研究了夾層玻璃板在風(fēng)沙顆粒碰撞作用下的應(yīng)力特征、破碎模型和抗碰撞性能。
4.2 玻璃在爆炸沖擊荷載下的研究
近年來，隨著恐怖事件的不斷發(fā)生，研究玻璃在爆炸荷載下的動態(tài)響應(yīng)也開始變成一個熱點(diǎn)，因?yàn)榻?jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在爆炸發(fā)生時，大部分傷亡人員是由飛濺的玻璃碎片導(dǎo)致的。Krauthammer和Altenbergt把玻璃簡化為單自由度彈性體，并簡化沖擊波為線性衰減荷載，考慮爆炸荷載負(fù)壓段對玻璃板的影響研究玻璃板性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同沖擊荷載下玻璃板可能被沖到建筑物內(nèi)，也有可能脫離邊框朝外掉落。Wei采用兩參數(shù)韋布爾分布用研究夾層玻璃在爆炸荷載下的破壞概率。分析中考慮爆炸沖量、玻璃板厚度、PVB膠片厚度、玻璃板面積和寬厚比等參數(shù)的影響。玻璃板和PVB膠片分別看作彈性和線性粘彈性材料。Dhar等用有限元法研究了爆炸荷載作用下夾層玻璃板的破壞概率。Riedel和Fischer等研究了爆炸條件下的磚石-玻璃結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，提出了一種新的磚石-玻璃結(jié)構(gòu)改進(jìn)系統(tǒng)。Makovicka和Lexa對爆炸荷載作用下玻璃板進(jìn)行了解析和試驗(yàn)研究。研究了爆炸沖擊波系數(shù)對玻璃板性能的影響。華僑大學(xué)高軒能和王書鵬用有限元法對不同厚度夾層玻璃板在長期、短期靜力和爆炸沖擊荷載作用下的變形進(jìn)行了模擬計(jì)算，提出了夾層玻璃的等效厚度計(jì)算公式：
式中：n代表支撐條件修正系數(shù)，點(diǎn)支撐時n=0.95，四邊框支時n=0.65。天津大學(xué)的王仲琦等通過一種新的LS-DYNA算法模擬玻璃破碎的動態(tài)過程，采用JOHNSON_HOLMQUIST_CERMICS材料模型模擬玻璃材料，炸藥的模型是LOAD_BLAST模型。取玻璃面板（詞條“玻璃面板”由行業(yè)大百科提供）上三個點(diǎn)進(jìn)行分析，通過壓力時程曲線圖和位移時程曲線圖對比發(fā)現(xiàn)與實(shí)際碎片飛濺過程擬合過程比較好。呂衛(wèi)東等對幾種玻璃加固方法進(jìn)行了介紹，主要有在玻璃面板上張貼防護(hù)膜，安裝防護(hù)窗簾和防護(hù)纜索等方法。李磊等對玻璃在高應(yīng)變率下的動態(tài)本構(gòu)關(guān)系做了一定研究，發(fā)現(xiàn)在高應(yīng)變率條件下，玻璃的彈性模量會有一定的提升。
4.3 建筑玻璃在抗爆減爆技術(shù)方面的研究
在建筑玻璃抗爆減爆技術(shù)方面，國外開展工作較多，研究提出了建筑玻璃的抗爆標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)要求以及防爆減爆的加固技術(shù)，并有公司推出了相關(guān)的加固產(chǎn)品。而國內(nèi)在這一方面研究較少。Kadi研究提出了減少玻璃破壞效應(yīng)的抗爆建筑設(shè)計(jì)和建筑要求。美國Karagozian& Case(K&C)研究提出了安全膜（詞條“安全膜”由行業(yè)大百科提供）加固玻璃技術(shù)以及玻璃框加固技術(shù)等。安全膜加固后使門窗玻璃破裂后仍具有附加的承載力，改變了玻璃窗系統(tǒng)的破壞模式，主要用于建筑玻璃加固。除了常見的粘貼加固技術(shù)，還提出包括利用某種機(jī)械裝置將安全膜固定于窗框上等邊界處理技術(shù)。這種邊界固定的專利機(jī)械裝置被稱作“玻璃鎖”(Glasslock)。“玻璃鎖”系統(tǒng)明顯提高了玻璃窗抗強(qiáng)風(fēng)壓力和颶風(fēng)刮起物體的沖擊能力。基于該系統(tǒng)的優(yōu)異性能，考慮將其用于抗沖擊波，因而進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，研究使用安全膜和“玻璃鎖”裝置改造玻璃窗后，玻璃窗在爆炸環(huán)境中的性能。美國的WilfredBaker 工程公司(WBE)也組織了一系列的試驗(yàn)，研究在不同爆炸荷載等級下安全膜的特性，提出用一種夾條錨固（詞條“錨固”由行業(yè)大百科提供）系統(tǒng)和機(jī)械連接件將安全膜邊緣固定到窗框上。安全膜超出每個窗框內(nèi)邊的部分通過膠帶貼在窗框上。夾條安裝在安全膜超出各邊的部分上，并固定在窗框上。利用夾條錨固的安全膜提供了顯著的抗爆效果，消除了在較高爆炸壓力下的玻璃破片危害。
5 結(jié)論及展望
現(xiàn)代建筑中，玻璃和玻璃飾品所占的比重越來越大，從客觀上要求人們對玻璃的材料模型，動力響應(yīng)情況有深入地認(rèn)識。另一方面，在恐怖襲擊或者爆炸中，玻璃的飛濺往往是造成人員最多傷亡的因素，所以，正確的認(rèn)識玻璃在爆炸條件下的動力響應(yīng)過程、玻璃的破壞模型有很重要的實(shí)踐意義。
目前，玻璃在爆炸荷載作用下的動力響應(yīng)研究仍處于初步階段，玻璃材料性能、玻璃板幾何尺寸、夾層玻璃板中PVB膠片厚度以及玻璃板的支撐條件等因素對建筑玻璃抗爆性能有著不同程度的影響，需要更進(jìn)一步且全面的研究，同時對玻璃抗爆減爆的理論和應(yīng)用技術(shù)也有待于進(jìn)一步深入研究。
另外一個方向是研究玻璃在高應(yīng)變率下的本構(gòu)關(guān)系，玻璃在高應(yīng)變率下抗壓強(qiáng)度會有一定提升，但提升的比例和范圍有待于進(jìn)一步探討，如果通過實(shí)驗(yàn)得到玻璃在高應(yīng)變率下的抗壓強(qiáng)度提高系數(shù)，對改進(jìn)玻璃基于高應(yīng)變率的本構(gòu)模型也有一定幫助。建筑物突發(fā)性爆炸引起的火災(zāi)和爆炸聯(lián)合作用下對玻璃門窗結(jié)構(gòu)的影響也是一個新興的研究領(lǐng)域。目前，國內(nèi)外對于爆炸和火災(zāi)聯(lián)合作用下的研究主要集中在鋼結(jié)構(gòu)上，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的研究才剛剛起步，而對于建筑門窗玻璃的研究基本沒有，研究玻璃在爆炸和火災(zāi)聯(lián)合作用下的反應(yīng)對改進(jìn)玻璃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，提高建筑物安全等級也有一定意義。【完】
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