"掃描二維碼，關(guān)注協(xié)會(huì)動(dòng)態(tài)"
隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展，玻璃幕墻已成為現(xiàn)代大型公共建筑和超高層建筑的最主要外立面形式，是現(xiàn)代主義建筑的顯著特征[1][2]。面對(duì)21世紀(jì)以來(lái)不斷出現(xiàn)的恐怖活動(dòng)，玻璃幕墻作為建筑的外圍護(hù)構(gòu)件，其抗爆炸性能直接影響了整體建筑物的防爆炸安全，是建筑抗爆炸設(shè)計(jì)首要考慮的問(wèn)題。
國(guó)外在玻璃幕墻抗爆方面的研究已較為深入，制定了相應(yīng)規(guī)范，提出了玻璃幕墻抗爆設(shè)計(jì)的方法[3][4]。而國(guó)內(nèi)在這方面的研究起步較晚，缺乏足夠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。故本文對(duì)四邊簡(jiǎn)支玻璃幕墻面板進(jìn)行爆炸沖擊荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)。研究分析了不同面板的破壞形式和動(dòng)力響應(yīng)特征[5]。
2 試驗(yàn)概況
2.1 試驗(yàn)方法
本文采用直立圓筒式核爆炸壓力模擬器對(duì)試件加載，試驗(yàn)加載原理如圖1,2所示。直立圓筒式模爆器由爆炸段、過(guò)渡段、試驗(yàn)段以及點(diǎn)火控制系統(tǒng)等部分組成。爆炸段筒壁上預(yù)留可根據(jù)需要開(kāi)啟的泄氣孔；過(guò)渡段內(nèi)設(shè)有柵板系統(tǒng)；試驗(yàn)段則包括充氣腔、試驗(yàn)介質(zhì)與結(jié)構(gòu)及平衡基礎(chǔ)。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，均勻設(shè)置好的導(dǎo)爆索爆炸后產(chǎn)生高壓氣體，經(jīng)柵板迅速充滿(mǎn)整個(gè)空腔，形成較均勻的模擬核爆炸壓力荷載作用于試件上，圖3是作用于試驗(yàn)段加載面的實(shí)測(cè)壓力波形。試驗(yàn)中通過(guò)控制導(dǎo)爆索的長(zhǎng)度和泄爆孔的開(kāi)啟個(gè)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)爆炸所需的超壓值和作用時(shí)間。
2.2 試件設(shè)計(jì)
根據(jù)模爆器的試驗(yàn)要求，為了防止沖擊波的繞流，使玻璃面板直接承受沖擊荷載作用，試件測(cè)試安裝于預(yù)埋在模爆器介質(zhì)砂里的箱體上，預(yù)埋箱體采用鋼材焊接。由于模爆器的直徑為 1900mm，所以箱體內(nèi)徑尺寸按模爆器的尺寸要求設(shè)計(jì)為 1000mm×1000mm。如圖4所示。
對(duì)已標(biāo)定好的測(cè)試系統(tǒng)加電、調(diào)試。導(dǎo)爆索起爆后，壓力同時(shí)作用于試件和傳感器上，壓力傳感器輸出一個(gè)反映沖擊波壓力大小的電信號(hào)，電阻應(yīng)變片和位移傳感器信號(hào)實(shí)時(shí)記錄試件的動(dòng)力響應(yīng)特征，經(jīng)過(guò)測(cè)試系統(tǒng)采集放大并記錄下來(lái)，得到壓力、應(yīng)變和位移的波形數(shù)據(jù)。
1.應(yīng)變測(cè)量原理
?。?）電阻應(yīng)變片的工作原理
由物理學(xué)原理可知，金屬電阻絲的電阻 R 與長(zhǎng)度L 和截面面積 A 有如下關(guān)系：
ρ—電阻率；
L —電阻絲長(zhǎng)度；
A—電阻絲截面積
應(yīng)變測(cè)量時(shí)，應(yīng)變片粘貼在結(jié)構(gòu)上，隨結(jié)構(gòu)一起發(fā)生形變，當(dāng)應(yīng)變片發(fā)生變形時(shí)其長(zhǎng)度和截面積都會(huì)發(fā)生變化，因而阻值發(fā)生變化。量測(cè)儀器測(cè)量其阻值的變化，并根據(jù)應(yīng)變片的靈敏度指標(biāo)計(jì)算得出應(yīng)變值。
（2）電阻應(yīng)變片的電橋測(cè)法
應(yīng)變片發(fā)生變形時(shí)的阻值變化極小，其阻值的測(cè)量通過(guò)電橋法實(shí)現(xiàn)。電橋法測(cè)量阻值的原理如下：在電橋的橋壓輸入端（Eg+，Eg-）施以恒定電壓，當(dāng)充作橋臂的應(yīng)變計(jì)阻值發(fā)生變化時(shí)，電橋的信號(hào)輸出端（Ui+，Ui-）電壓將發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量此電壓的變化量即可得到電阻的變化值(圖6)。
實(shí)際的應(yīng)變量測(cè)系統(tǒng)由四部分組成：應(yīng)變片、應(yīng)變放大器、數(shù)據(jù)采集儀和PC 機(jī)。
應(yīng)變片：將感受到的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻的變化。
應(yīng)變放大器：內(nèi)含電橋測(cè)量電路，將電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化并進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)送入數(shù)據(jù)采集器。
數(shù)據(jù)采集儀：采集應(yīng)變放大器放大后的信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)。
PC 機(jī)：獲取數(shù)據(jù)采集器上傳的測(cè)量值，并根據(jù)換算關(guān)系轉(zhuǎn)換成應(yīng)變值顯示（圖7）。
本次試驗(yàn)用位移傳感器為調(diào)頻接觸式位移計(jì)，位移計(jì)安裝時(shí)測(cè)桿與試件緊密連接，試件的變形通過(guò)測(cè)桿的變形經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換為調(diào)頻信號(hào)，再由位移變送器將調(diào)頻信號(hào)檢出為電壓信號(hào)送至數(shù)據(jù)采集儀并轉(zhuǎn)換記錄為數(shù)字信號(hào)儲(chǔ)存（圖8）。
模爆器內(nèi)壓力測(cè)量采用應(yīng)變式壓力傳感器，其本質(zhì)仍然是應(yīng)變的測(cè)量，應(yīng)變測(cè)量的基本測(cè)量原理同上。壓力傳感器的測(cè)量原理如下：在壓力傳感器的承壓面連接有薄壁圓筒，圓筒側(cè)壁粘貼有應(yīng)變片，當(dāng)承壓面受到壓力作用時(shí)，薄壁圓筒也相應(yīng)發(fā)生變形，應(yīng)變片也隨之變形，因此測(cè)量應(yīng)變片的應(yīng)變即可測(cè)得對(duì)應(yīng)的壓力值。
4.數(shù)據(jù)采集設(shè)備
數(shù)據(jù)采集儀采用江蘇東華測(cè)試技術(shù)有限公司的 DH5939N 數(shù)據(jù)采集儀。DH5939N數(shù)據(jù)采集記錄分析儀是一種高性能的多通道并行數(shù)據(jù)采集記錄分析系統(tǒng)。系統(tǒng)包括以 A/D 轉(zhuǎn)換器為核心的數(shù)據(jù)采集記錄儀，以控制、記錄和分析為目的的微型計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的控制軟件和分析軟件。如圖9 所示：
通過(guò)對(duì)玻璃幕墻在爆炸沖擊荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)，可以得出如下結(jié)論：
1.單片玻璃在爆炸沖擊荷載作用下呈脆性破壞，并伴有碎片飛濺，易對(duì)建筑的其他構(gòu)件和人員造成二次傷害，因此在有抗爆炸設(shè)計(jì)要求的建筑結(jié)構(gòu)中，禁止采用單片玻璃作為抗暴玻璃幕墻的板材；
2.夾膠玻璃和夾膠中空玻璃能抵抗一定等級(jí)的爆炸沖擊荷載，而且其破壞后整體不脫落，沒(méi)有碎片飛濺，對(duì)人員無(wú)二次傷害，尤其是夾膠中空玻璃，抵抗爆炸沖擊波荷載能力較強(qiáng)。在沒(méi)有抗爆炸設(shè)計(jì)要求的建筑結(jié)構(gòu)中，宜采用夾膠玻璃作為建筑幕墻的板材；在有抗爆炸設(shè)計(jì)要求的重要性建筑中，宜采用夾膠中空玻璃作為建筑幕墻的板材。
3.炸藥爆炸形成的沖擊波的峰壓力值或沖量值沒(méi)有達(dá)到夾膠玻璃面板破碎限值時(shí)，夾膠玻璃面板的動(dòng)力響應(yīng)為彈性響應(yīng)。隨著沖擊波的衰減，夾膠玻璃面板的變形回歸于初始狀態(tài)，當(dāng)沖擊波的峰壓力值或沖量值超過(guò)限值，夾膠玻璃面板變形為彈塑性變形。
參考文獻(xiàn)
[1]趙西安.建筑幕墻工程手冊(cè)（上冊(cè)）.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003
[2]秦榮.高層與超高層建筑結(jié)構(gòu).北京：科學(xué)出版社，2007
[3] U.S. Army Corps of Engineers. (1957). “Design of Structures to resist the effects of Atomic Weapons” Manual EM 1110-345-415, Washington D.C.
[4] ASTM. (1996). “Standard test method for glazing and glazing systems subjected to airblast loadings” F West Conshohocken, Pa.
[5] 陶志雄.玻璃幕墻的爆炸動(dòng)力響應(yīng)及抗爆炸設(shè)計(jì)方法：[博士學(xué)位論文].上海：同濟(jì)大學(xué)，2011
注：陳 峻（華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200002）
陶志雄（武漢建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，武漢 430000）
