1-22 爆炸试验水池强度分析

王彦平 池家春 张寿齐 王炳仁

　　为了进行钝感炸药的能量评估，通过理论计算确定了水中爆炸作用到水池不同部位上的冲击波强度、入射冲击波的脉宽。用阻抗匹配法计算出入射到混凝土层的冲击波强度。在水池载荷计算中利用叠加原理对池壁典型部位截面上的压力历史进行计算，利用线弹性应力波理论计算得到：作用在池壁混凝土层的最大压力：14.8MPa；混凝土层中最大拉伸应力1.035MPa。用同样的方法计算出水池底混凝土层中冲击波强度大大超过混凝土的强度。为此必须在池底增加缓冲层，这样混凝土层中所承受的最大压力为22.48MPa。

　　由混凝土的一维应力试件可以测量其静态抗拉和抗压强度。如果认为混凝土的动态服从Von. Mises准则，则其一维应变条件下的屈服应力s_p=1.154[(1-n )/(1-2n)]s₀；混凝土材料的泊松比n随压力增加而增大，n=0.2+0.6(s₁/s_y)⁴+0.6(s₂+s_y)^4»0.22。从而其一维应变强度s_p=1.607s₀。混凝土的动态强度比其静态强度要高，为保险起见认为其强度提高因子为0.25。

　　由于混凝土动态变形和损伤的特殊性，要求冲击载荷强度应低于其发生微观损伤的阈值。由混凝土的动态SHPB压缩实验发现，混凝土内部开始发生损伤时载荷的阈值为其强度的2/3, 所以s _p=1.0713s ₀。

　　根据混凝土静态试验结果计算得到C25混凝土允许的动态抗压强度为20.09 ~21.70MPa ，抗拉强度为2.09MPa。远大于作用在池壁混凝土层的载荷。同样可以验证C30混凝土允许的动态载荷大于作用在池底混凝土层中的冲击波载荷。因此池壁混凝土为C25，池底混凝土采用C30。而且设计的混凝土层厚度也是合理的。

　　关于池壁在冲击波作用下径向膨胀，将引起池壁内产生环向拉伸。通过计算得到池壁的径向位移小于3~5mm。由此引起的应变值在10^–4量级上，远远小于混凝土的允许应变值。水池建成后，一系列8kg TNT当量爆炸试验表明实际入射到池壁的压力峰值与设计值基本一致。而且爆轰试验后池壁没有裂纹产生。且水池承受8kg TNT当量装药量爆炸载荷时的强度仍然还有较大的余量。

　　总之，通过采用叠加原理成功地进行了8kg TNT当量爆炸试验水池的强度计算。为抗爆结构设计探索出了一种新的强度计算方法。