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(dòng)過(guò)程，但對(duì)破壞作用有實(shí)際意義的只是第一次的膨脹和壓縮脈動(dòng)過(guò)程。爆炸產(chǎn)物與空氣的分界面剛開(kāi)始是清晰的，由于產(chǎn)物的脈動(dòng)過(guò)程，特別是分界面周?chē)a(chǎn)生的湍流效應(yīng)使界面越來(lái)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(shí)，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(guò)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(duì)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(guò)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(duì)于不同形式的荷載，可以取不同的參數(shù)λ、γ 來(lái)描述。比如典型的三角脈沖荷載就可以取λ=1 和γ=0來(lái)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(huì)對(duì)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(huì)對(duì)建筑上安置的玻璃產(chǎn)生風(fēng)沙荷載，風(fēng)沙荷載對(duì)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(duì)這一問(wèn)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(duì)破壞概率的影響較小，PVB膠片對(duì)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(duì)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(lái)，隨著恐怖事件的不斷發(fā)生，研究玻璃在爆炸荷載下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)也開(kāi)始變成一個(gè)熱點(diǎn)，因?yàn)榻?jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在爆炸發(fā)生時(shí)，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(jiǎn)化為單自由度彈性體，并簡(jiǎn)化沖擊波為線性衰減荷載，考慮爆炸荷載負(fù)壓段對(duì)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(duì)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(duì)玻璃板性能的影響。華僑大學(xué)高軒能和王書(shū)鵬用有限元法對(duì)不同厚度夾層玻璃板在長(zhǎng)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(shí)n=0.95，四邊框支時(shí)n=0.65。天津大學(xué)的王仲琦等通過(guò)一種新的LS-DYNA算法模擬玻璃破碎的動(dòng)態(tài)過(guò)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(gè)點(diǎn)進(jìn)行分析，通過(guò)壓力時(shí)程曲線圖和位移時(shí)程曲線圖對(duì)比發(fā)現(xiàn)與實(shí)際碎片飛濺過(guò)程擬合過(guò)程比較好。呂衛(wèi)東等對(duì)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(duì)玻璃在高應(yīng)變率下的動(dòng)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(huì)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(guó)外開(kāi)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(guó)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(guó)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(mén)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(jiàn)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(zhuān)利機(jī)械裝置被稱(chēng)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(guó)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(jí)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(gè)窗框內(nèi)邊的部分通過(guò)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(lái)越大，從客觀上要求人們對(duì)玻璃的材料模型，動(dòng)力響應(yīng)情況有深入地認(rèn)識(shí)。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(shí)玻璃在爆炸條件下的動(dòng)力響應(yīng)過(guò)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(dòng)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(duì)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(shí)對(duì)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(gè)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(huì)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(guò)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(duì)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(duì)玻璃門(mén)窗結(jié)構(gòu)的影響也是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)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(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的研究才剛剛起步，而對(duì)于建筑門(mén)窗玻璃的研究基本沒(méi)有，研究玻璃在爆炸和火災(zāi)聯(lián)合作用下的反應(yīng)對(duì)改進(jìn)玻璃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，提高建筑物安全等級(jí)也有一定意義。【完】
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