水下爆炸对高桩码头毁伤效应的试验研究

刘靖晗 唐廷 韦灼彬 李凌锋

刘靖晗, 唐廷, 韦灼彬, 李凌锋. 水下爆炸对高桩码头毁伤效应的试验研究[J]. 爆炸与冲击, 2020, 40(11): 111408. doi: 10.11883/bzycj-2019-0467
引用本文: 刘靖晗, 唐廷, 韦灼彬, 李凌锋. 水下爆炸对高桩码头毁伤效应的试验研究[J]. 爆炸与冲击, 2020, 40(11): 111408. doi: 10.11883/bzycj-2019-0467
LIU Jinghan, TANG Ting, WEI Zhuobin, LI Lingfeng. Experimental research in damage effects of high-piled wharf under underwater explosion[J]. Explosion And Shock Waves, 2020, 40(11): 111408. doi: 10.11883/bzycj-2019-0467
Citation: LIU Jinghan, TANG Ting, WEI Zhuobin, LI Lingfeng. Experimental research in damage effects of high-piled wharf under underwater explosion[J]. Explosion And Shock Waves, 2020, 40(11): 111408. doi: 10.11883/bzycj-2019-0467

水下爆炸对高桩码头毁伤效应的试验研究

doi: 10.11883/bzycj-2019-0467
基金项目: 军队后勤科研计划(CHJ13J006);海军工程大学科研资助立项项目(425517K210)
详细信息
    作者简介:

    刘靖晗(1990- ),男,博士研究生,1226001717@qq.com

    通讯作者:

    唐 廷(1980- ),男,博士,讲师,kublai@126.com

  • 中图分类号: O381; TV32.1

Experimental research in damage effects of high-piled wharf under underwater explosion

  • 摘要: 为了研究水下爆炸作用下高桩码头的破坏模式和毁伤机理,考虑不同炸药位置,设计制作2个高桩码头模型,进行水下爆炸试验,记录了水下荷载数据和码头模型毁伤现象,探析了炸药位置对高桩码头毁伤效应和破坏机理的影响。研究表明:水下爆炸作用下码头受到2次超压荷载,分别为初始冲击波、水底反射波组成的冲击波载荷和气泡脉动载荷;水下爆炸作用下,高桩码头的主要毁伤部位为桩基的中部和顶部、面板、纵梁以及面板与纵、横梁连接处;炸药位置直接影响高桩码头破坏模式,减小爆距会加剧桩基毁伤效应,当炸药位于面板下方时,码头上部梁板结构的毁伤程度较大。
  • 图  1  试验场地、炸药及传感器布设方案(HW1)

    Figure  1.  Experimental site, explosive and sensor position arrangement (HW1)

    图  2  试验场地、炸药及传感器布设方案(HW2)

    Figure  2.  Experimental site, explosive and sensor position arrangement (HW2)

    图  3  水下压力时程曲线

    Figure  3.  Underwater pressure histories

    图  4  水下爆炸高桩码头模型破坏现象(HW1)

    Figure  4.  The damage phenomena of the high-piled wharf model under underwater explosion (HW1)

    图  5  水下爆炸高桩码头模型破坏现象(HW2)

    Figure  5.  The damage phenomena of the high-piled wharf model under underwater explosion (HW2)

    表  1  主要构件参数(单位为mm)

    Table  1.   Matching bar condition of main members (unit in mm)

    构件尺寸配筋情况保护层厚度
    面板(HW1)3800×2300×100双层双向配筋$\varnothing $6@20020
    面板(HW2)2600×2300×100双层双向配筋$\varnothing $6@20020
    横梁肋部纵筋2$\varnothing $8
    翼缘纵筋6$\varnothing $8
    箍筋$\varnothing $6@200
    20
    纵梁纵筋4$\varnothing $8
    箍筋$\varnothing $6@125
    20
    120×120×3100纵筋4$\varnothing$10
    上部箍筋$\varnothing $6@200,下部箍筋$\varnothing $6@400
    20
     注:纵梁箍筋仅在纵、横梁交界处布置;桩基为预制,码头面板、横梁、纵梁为现场整体浇筑。
    下载: 导出CSV

    表  2  1 kg乳化炸药与1 kg TNT水下爆炸荷载比较

    Table  2.   Comparison of underwater explosion load between 1 kg emulsion explosive and 1 kg TNT

    Pm/MPaI/(Pa·s)pm/MPai/(Pa·s)T/s
    乳化炸药 (HW1)17.911 782.093.02822.800.017
    TNT19.482 695.313.0213 892.070.280
    δ/%−8.06−33.820 −94.08−93.930
    乳化炸药 (HW2)18.252 066.175.761 026.390.017
    TNT20.442 799.483.1514 496.070.280
    δ/%−10.71−26.2082.86−92.92−93.930
    下载: 导出CSV

    表  3  高桩码头模型毁伤效应

    Table  3.   Damage effect of high-piled wharf

    码头部位毁伤效应
    HW1
    炸药位于4个桩基之间,面板下方,爆距0.61 m
    HW2
    炸药位于2个桩基中间,纵梁下方,爆距0.29 m
    桩基1. 桩中迎爆棱边形成爆坑,桩中背爆面形成水平裂缝;
    2. 桩顶迎爆面与横梁连接处剪切破坏,桩顶背爆面混凝土压坏;
    3. 桩底产生轻微位移。
    1. 桩中混凝土贯穿破坏,钢筋裸露向外侧变形;
    2. 桩顶混凝土破坏严重,破坏贯通或形成塑性铰;
    3. 桩底产生明显位移,出现水平裂缝。
    面板1. 面板向上弯曲隆起,顶部形成裂缝;
    2. 面板顶部长边侧混凝土破坏,钢筋裸露;
    3. 面板底部与纵横梁连接处混凝土撕裂破坏,钢筋裸露。
    1. 面板向上弯曲隆起,顶部形成细微裂缝;
    2. 面板底部与纵横梁连接处形成水平裂缝。
    横梁横梁与面板连接处混凝土撕裂破坏,钢筋裸露向上拔起。横梁与面板连接处形成水平裂缝。
    纵梁1. 纵梁与面板连接处混凝土撕裂破坏,钢筋裸露向上拔起;
    2. 纵梁形成轻微斜裂缝。
    1. 纵梁与面板连接处形水平成裂缝;
    2. 纵梁形成对称斜裂缝。
    下载: 导出CSV
  • [1] 高勇军, 王伟策, 陈小波, 等. 浅层水中爆炸冲击波压力的测试与分析 [J]. 爆破, 1999(1): 9–13. DOI: CNKI:SUN:BOPO.0.1999-01-002.

    GAO Y J, WANG W C, CHEN X B, et al. Testing and analysis on shock wave pressure generated by explosion under shallow water [J]. Blasting, 1999(1): 9–13. DOI: CNKI:SUN:BOPO.0.1999-01-002.
    [2] 顾文彬, 叶序双, 张朋祥, 等. 浅层水中爆炸水底影响的试验研究 [J]. 解放军理工大学学报(自然科学版), 2001, 2(2): 55–58. DOI: 10.3969/j.issn.1009-3443.2001.02.013.

    GU W B, YE X S, ZHANG P X, et al. Experimental studies of bottom influence in shallow-layer water explosion [J]. Journal of PLA University of Science and Technology (Natural Science Edition), 2001, 2(2): 55–58. DOI: 10.3969/j.issn.1009-3443.2001.02.013.
    [3] 顾文彬, 孙百连, 阳天海, 等. 浅层水中沉底爆炸冲击波相互作用数值模拟 [J]. 解放军理工大学学报(自然科学版), 2003, 4(6): 64–68. DOI: 10.7666/j.issn.1009-3443.20030615.

    GU W B, SUN B L, YANG T H, et al. Numerical simulation of explosive shockwave interaction in shallow-layer water [J]. Journal of PLA University of Science and Technology (Natural Science Edition), 2003, 4(6): 64–68. DOI: 10.7666/j.issn.1009-3443.20030615.
    [4] WARDLAW A B, LUTON J A. Fluid-structure interaction mechanisms for close-in explosions [J]. Shock & Vibration, 2015, 7(5): 265–275. DOI: 10.1155/2000/141934.
    [5] 张阿漫, 姚熊亮. 复杂边界附近气泡的动态特性研究 [J]. 力学季刊, 2008, 29(1): 24–32.

    ZHANG A M, YAO X L. Dynamic of bubble near complex boundary [J]. Chinese Quarterly of Mechanics, 2008, 29(1): 24–32.
    [6] 朱锡, 白雪飞, 黄若波, 等. 船体板架在水下接触爆炸作用下的破口试验 [J]. 中国造船, 2003, 44(1): 46–52. DOI: CNKI:SUN:ZGZC.0.2003-01-007.

    ZHU X, BAI X F, HUANG R B, et al. Crevasse experiment research of plate membrance in vessels subjected to underwater contact explosion [J]. Shipbuilding of China, 2003, 44(1): 46–52. DOI: CNKI:SUN:ZGZC.0.2003-01-007.
    [7] 朱锡, 张振华, 刘润泉, 等. 水面舰艇舷侧防雷舱结构模型抗爆试验研究 [J]. 爆炸与冲击, 2004, 24(2): 133–139.

    ZHU X, ZHANG Z H, LIU R Q, et al. Experimental study on the explosion resistance of cabin near shipboard of surface warship subjected to underwater contact explosion [J]. Explosion and Shock Waves, 2004, 24(2): 133–139.
    [8] 李海涛, 朱锡, 张振华. 船体梁在近距爆炸冲击波作用下动态响应的相似律研究 [J]. 振动与冲击, 2010, 29(9): 28–32. DOI: CNKI:SUN:ZDCJ.0.2010-09-008.

    LI H T, ZHU X, ZHANG Z H. Similarity law of dynamic response of hull girder subjected to underwater explosion in near field [J]. Journal of Vibration and Shock, 2010, 29(9): 28–32. DOI: CNKI:SUN:ZDCJ.0.2010-09-008.
    [9] 李海涛, 张永坤, 张振海. 近场水下爆炸作用下箱形梁整体损伤特性研究 [J]. 兵工学报, 2012, 33(5): 611–616.

    LI H T, ZHANG Y K, ZHANG Z H. Damage characteristics of box-like beam as a bulk subjected to underwater explosion in near-field [J]. Acta Armamentarii, 2012, 33(5): 611–616.
    [10] 黄晓明, 朱锡, 牟金磊, 等. 圆柱壳在水下爆炸作用下鞭状响应试验研究 [J]. 哈尔滨工程大学学报, 2010, 31(10): 1278–1285. DOI: 10.3969/j.issn.1006-7043.2010.10.002.

    HUANG X M, ZHU X, MU J L, et al. Study on whipping response of a stiffened cylindrical shell in an underwater explosion [J]. Journal of Harbin Engineering University, 2010, 31(10): 1278–1285. DOI: 10.3969/j.issn.1006-7043.2010.10.002.
    [11] 刘美山, 吴新霞, 张恒伟. 混凝土水下爆破炸药单耗试验分析 [J]. 爆破, 2007, 24(1): 10–13. DOI: 10.3963/j.issn.1001-487X.2007.01.003.

    LIU M S, WU X X, ZHANG H W. Experimental analysis on specific charge of underwater explosion of concrete [J]. Blasting, 2007, 24(1): 10–13. DOI: 10.3963/j.issn.1001-487X.2007.01.003.
    [12] 李裕春, 程克明, 沈蔚, 等. 水中冲击波对混凝土结构破坏的实验研究 [J]. 材料工程, 2010, 16(1): 1–5. DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2008.12.005.

    LI Y C, CHENG K P, CHEN W, et al. Damage analysis of concrete structure by underwater shock [J]. Engineering of Material, 2010, 16(1): 1–5. DOI: 10.3969/j.issn.1001-4381.2008.12.005.
    [13] 李建阳, 李永池, 高光发, 等. 混凝土水下径向不耦合爆破特性研究 [J]. 工程爆破, 2010, 16(1): 1–5. DOI: 10.3969/j.issn.1006-7051.2010.01.001.

    LI J Y, LI Y C, GAO G F, et al. Study on blasting characteristics of underwater concrete with decoupling charge [J]. Engineering Blasting, 2010, 16(1): 1–5. DOI: 10.3969/j.issn.1006-7051.2010.01.001.
    [14] 董琪, 韦灼彬, 唐廷,等. 水下爆炸对沉箱重力式码头毁伤效应 [J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(6): 065101. DOI: 10.11883/bzycj-2018-0090.

    DONG Q, WEI Z B, TANG T, et al. Damage effects of caisson gravity wharf under underwater explosion [J]. Explosion and Shock Waves, 2019, 39(6): 065101. DOI: 10.11883/bzycj-2018-0090.
    [15] 李凌锋, 韦灼彬, 唐廷, 等. 爆炸荷载下沉箱重力式码头模型毁伤效应 [J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(1): 012202. DOI: 10.11883/bzycj-2017-0406.

    LI L F, WEI Z B, TANG T, et al. Damage effects of the caisson gravity wharf model subjected to explosion [J]. Explosion and Shock Waves, 2019, 39(1): 012202. DOI: 10.11883/bzycj-2017-0406.
    [16] 韦灼彬. 钢筋混凝土桩基梁板码头爆炸毁伤及抢修技术研究[D]. 天津: 天津大学, 2005: 8-68. DOI: 10.7666/d.y850662.
    [17] 闫秋实, 宁素瑜, 杜修力, 等. 水中近场爆炸作用下钢筋混凝土桩毁伤效应研究 [J]. 北京工业大学学报, 2019, 45(2): 55–61. DOI: 10.11936/bjutxb2017110011.

    YAN Q S, NING S Y, DU X L, et al. Damage effect for a typical reinforced concrete pile under the near field explosion in water [J]. Journal of Beijing University of Technology, 2019, 45(2): 55–61. DOI: 10.11936/bjutxb2017110011.
    [18] RAJENDRAN R, NARASIMHAN K. Deformation and fracture behaviour of plate specimens subjected to underwater explosion: a review [J]. International Journal of Impact Engineering, 2006, 32(12): 1945–1963. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2005.05.013.
    [19] COLE R H. Underwater explosions[M]. Princeton: Princeton University Press, 1948: 118-127.
  • 加载中
图(5) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  3154
  • HTML全文浏览量:  1328
  • PDF下载量:  96
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-13
  • 修回日期:  2020-02-12
  • 刊出日期:  2020-11-05

目录

    /

    返回文章
    返回