附錄B 常規(guī)武器地面爆炸動荷載

B.0.1 常規(guī)武器地面爆炸空氣沖擊波最大超壓△Pcm及按等沖量簡化的無升壓時間三角形等效作用時間t0，可按下列公式計算確定：

式中 C——等效TNT裝藥量(kg)，應(yīng)按國家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定取值；

R——爆心至作用點(diǎn)的距離(m)，爆心至外墻外側(cè)水平距離應(yīng)按國家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定取值。
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B.0.1 常規(guī)武器爆炸產(chǎn)生的空氣沖擊波最大超壓、等沖量等效作用時間等參數(shù)，系根據(jù)相似理論由核武器爆炸空氣沖擊波的相應(yīng)參數(shù)計算公式轉(zhuǎn)換推導(dǎo)而來，部分系數(shù)由試驗(yàn)確定，該組公式在理論上和試驗(yàn)上均得到驗(yàn)證。

B.0.2 常規(guī)武器地面爆炸土中壓縮波參數(shù)可按下列規(guī)定確定：

1 常規(guī)武器地面爆炸空氣沖擊波感生的土中壓縮波參數(shù)可按下列公式計算確定：

式中 Pch——地面空氣沖擊波在深度h(m)處感生的土中壓縮波最大壓力(N/mm²)；

tr——土中壓縮波的升壓時間(s)；

td——土中壓縮波按等沖量簡化的等效作用時間(s)；

v0——土的起始壓力波速(m/s)，當(dāng)無實(shí)測資料時，可按表4.4.3-1、表4.4.3-2采用；

γc——土的波速比，當(dāng)無實(shí)測資料時，對非飽和土可按表4.4.3-1采用，對飽和土取γc＝1.5；

v1——土的峰值壓力波速(m/s)；

δ——土的應(yīng)變恢復(fù)比，當(dāng)無實(shí)測資料時，對非飽和土和飽和土，均可按表4.4.3-1采用；

η——修正系數(shù)，η＝1.5～2.0，非飽和土取大值。

2 常規(guī)武器地面爆炸直接產(chǎn)生的土中壓縮波參數(shù)可按下列公式計算確定：

式中 σ0——作用點(diǎn)處直接產(chǎn)生的土中壓縮波最大壓力(kN/m²)；

tr——土中壓縮波的升壓時間(s)；

td——土中壓縮波按等沖量簡化的等效作用時間(s)；

R——爆心至作用點(diǎn)的距離(m)；

ρ——土的質(zhì)量密度(kg/m³)；

c——土的地震波波速(m/s)，當(dāng)無實(shí)測資料時，可取用土的起始壓力波速，按表B.0.2-1、表8.0.2-2采用；

W——常規(guī)武器的裝藥重量(N)，W＝7.40C；

n——土的衰減系數(shù)，可按表8.0.2-1、表8.0.2-2采用。

表B.0.2-1 非飽和土c、n值

注：1 粘性土堅(jiān)硬、硬塑狀態(tài)c取大值，軟塑、流塑狀態(tài)c取小值；

2 碎石土、砂土土體密實(shí)時，c取大值；

3 c取大值時，n取小值。

表B.0.2-2 飽和土c、n值

注：1 α1為飽和土的含氣量，可根據(jù)飽和度sv、孔隙比e，按式α1＝e(1-sv)/(1+e)計算確定；

2 當(dāng)α1介于表中數(shù)值之間時，可按線性內(nèi)插法確定。
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B.0.2 研究表明，頂板主要承受地面空氣沖擊波感生的地沖擊作用，外墻主要承受直接地沖擊荷載。常規(guī)武器地面爆炸土中壓縮波傳播可簡化為如圖3所示。

圖3 常規(guī)武器地面爆炸土中壓縮波傳播示意圖

1 感生地沖擊
空氣沖擊波感生的地沖擊荷載計算公式(B.0.2-1)是根據(jù)波傳播理論及特征線解法推導(dǎo)而來，該公式既適用于作用時間較長的核武器爆炸土中壓縮波最大壓力計算，也適用于作用時間較短的常規(guī)武器地面爆炸土中壓縮波最大壓力計算。
考慮到該公式中的作用時間τ為等沖量作用時間，與實(shí)際作用時間有所差別，因此結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬對該公式進(jìn)行了修正，即增加作用時間修正系數(shù)η，η可取1.5～2.0，非飽和土一般取大值，飽和土含氣量小時取小值。
公式(B.0.2-1)反映了常規(guī)武器空氣沖擊波在松散軟土(特別是非飽和土)中衰減非?？斓奶攸c(diǎn)，試驗(yàn)、數(shù)值模擬也基本反映了這一特點(diǎn)。對防常規(guī)武器5、6級人防工程來說，當(dāng)頂板覆土達(dá)到一定厚度時，動荷載值相對較小，頂板設(shè)計通常由平時荷載組合控制，此時可不計入常規(guī)武器空氣沖擊波感生的土中壓縮波荷載。
2 直接地沖擊
公式(B.0.2-5)來自于《防常規(guī)武器設(shè)計原理》(美軍TM5-855-1手冊)，并對其作了如下改進(jìn)：
1 藥量應(yīng)采用實(shí)際裝藥重量W，而不是等效TNT裝藥量。如果采用等效TNT裝藥量，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換，要除以1.35的當(dāng)量系數(shù)；
2 關(guān)于波速c，TM5-855-1手冊使用的是地震波波速，公式(B.0.2-5)采用起始壓力波速代替。一般來說，地震波速與彈性波速、起始壓力波速接近，大于塑性波速。不采用塑性波速的主要原因在于常規(guī)武器爆炸作用下塑性波速隨峰值壓力、深度變化，不是一個定值，且很難測得準(zhǔn)，而地震波波速較易測得而且較準(zhǔn)確。另外，大量研究表明，在計算地沖擊荷載的到達(dá)時間或升壓時間時，應(yīng)使用起始壓力波速；
3 關(guān)于衰減系數(shù)n，參考TM5-855-1手冊并結(jié)合國內(nèi)情況綜合確定。一般來說，衰減系數(shù)n與起始壓力波速(或聲阻抗、含氣量)有關(guān)，見表10。據(jù)此定出各類土壤的衰減系數(shù)，方便設(shè)計人員計算。



B.0.3 常規(guī)武器地面爆炸時，防空地下室土中結(jié)構(gòu)頂板的均布動荷載最大壓力可按下列公式計算確定(圖B.0.3)：

式中 pc1——土中結(jié)構(gòu)頂板計算板塊的均布動荷載最大壓力(N/mm²)；

Pch——結(jié)構(gòu)頂板計算板塊中心處感生的土中壓縮波最大壓力(N/mm²)；

Kr——頂板綜合反射系數(shù)，當(dāng)頂板覆土厚度小于等于0.5m時，Kr可取1.0；當(dāng)覆土厚度大于0.5m時，Kr可取1.5；

Ce——頂板荷載均布化系數(shù)。當(dāng)頂板覆土厚度小于等于0.5m時，Ce可取1.0；當(dāng)覆土厚度大于0.5m時，Ce可取0.9。

圖B.0.3 常規(guī)武器地面爆炸示意圖
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B.0.3 由于常規(guī)武器地面爆炸空氣沖擊波隨距離增大而迅速衰減，因此作用到頂板的感生地沖擊荷載是一不均勻的荷載，需進(jìn)行等效均布化處理。荷載的均布化處理可以采用以下兩種方法：
1 采用屈服線(塑性鉸線)理論和虛功原理將非均勻荷載按假定的變形形狀進(jìn)行均布，本規(guī)范采用該方法。該方法的首要任務(wù)是確定假設(shè)的變形形狀，即要確定屈服線的位置，這與板的邊界支撐條件、荷載大小等因素有關(guān)，非常復(fù)雜。一般來說，按四邊固支計算等效均布荷載是偏于保守的，因?yàn)橐_(dá)到同樣的變形，作用荷載最大。據(jù)此經(jīng)大量計算，可簡化確定荷載的均布化系數(shù)；
2 按荷載的總集度相等來求其均布化系數(shù)。對于荷載分布差別不是很大時可采用此法。
經(jīng)過計算可得：頂板荷載均布化系數(shù)Ce，當(dāng)頂板覆土厚度小于等于0.5m時，可取1.0；當(dāng)覆土厚度大于0.5m時，可取0.9。
關(guān)于頂板綜合反射系數(shù)Kr：根據(jù)近年來國內(nèi)外試驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)頂板覆土厚度較小時(≤0.5m)，綜合反射系數(shù)可取1.0；當(dāng)頂板覆土厚度大于0.5m時，此值大致在1.5左右。工程兵科研三所高強(qiáng)混凝土和鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)化爆試驗(yàn)以及工程兵工程學(xué)院的有關(guān)試驗(yàn)成果均證明了這一點(diǎn)。

B.0.4 常規(guī)武器地面爆炸時，防空地下室土中外墻某處的法向動荷載最大壓力可按下列公式計算確定：

式中 p——作用在土中外墻某處的法向動荷載最大壓力(kN/m²)；

ξ——土的側(cè)壓系數(shù)，可按表4.5.5采用；

Kr一外墻綜合反射系數(shù)，可取1.5；

φ——土中壓縮波傳播方向與結(jié)構(gòu)外墻法向的夾角(°)；

R0——爆心至結(jié)構(gòu)外墻平面的垂直距離(m)。
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B.0.4、B.0.5 首先根據(jù)彈性力學(xué)，將目標(biāo)點(diǎn)處的自由場應(yīng)力轉(zhuǎn)換成沿結(jié)構(gòu)平面的法向自由場應(yīng)力，再計算作用到結(jié)構(gòu)上的法向動荷載峰值。
由于直接地沖擊荷載是一球面波荷載，因此作用到外墻上的荷載也是不均勻的，必須進(jìn)行等效均布化處理。均布化處理方法與頂板相同。
關(guān)于外墻的綜合反射系數(shù)Kr，根據(jù)近年來國內(nèi)外試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如工程兵科研三所高強(qiáng)混凝土和鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)化爆試驗(yàn)以及工程兵工程學(xué)院的有關(guān)試驗(yàn)，此值大致在1.5左右。

B.0.5 防空地下室土中結(jié)構(gòu)外墻的均布動荷載最大壓力pc2及其升壓時間tr、作用時間td可按下列公式計算確定：

式中pc2——土中結(jié)構(gòu)外墻均布動荷載最大壓力(kN/m²)；

R——爆心到土中結(jié)構(gòu)外墻頂點(diǎn)O1(圖B.0.3)的距離(m)；

pO1——土中結(jié)構(gòu)外墻頂點(diǎn)O1處法向動荷載最大壓力(kN/m²)，可按式(B.0.4-1)計算；

Ce——外墻荷載均布化系數(shù)，可按表8.0.5采用；

tr——土中結(jié)構(gòu)外墻均布動荷載的升壓時間(s)；

td——土中結(jié)構(gòu)外墻均布動荷載的作用時間(s)。

表B.0.5 土中結(jié)構(gòu)外墻荷載均布化系數(shù)Ce

B.0.6 當(dāng)防空地下室頂板底面高出室外地面時，常規(guī)武器地面爆炸空氣沖擊波直接作用在外墻上的水平均布動荷載最大壓力可按下列公式計算確定：

式中p——空氣沖擊波作用下，外墻水平均布動荷載最大壓力(N/mm²)；

△Pcm——空氣沖擊波直接作用在外墻上的最大正反射壓力(N/mm²)；

△Pcm——外墻平面處入射空氣沖擊波最大超壓(N/mm²)，可按式(B.0.1-1)計算，此時R為爆心至外墻外側(cè)的水平距離；

Ce——荷載均布化系數(shù)，可按表8.0.6采用。

表B.0.6 高出室外地面外墻荷載均布化系數(shù)Ce

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B.0.6 當(dāng)防空地下室頂板底面高出室外地面時，尚應(yīng)計算常規(guī)武器地面爆炸空氣沖擊波對高出地面外墻的直接作用。常規(guī)武器地面爆炸空氣沖擊波直接作用在外墻上的水平均布動荷載峰值按正反射壓力計算。