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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21世紀(jì)以來不斷出現(xiàn)的恐怖活動，玻璃幕墻作為建筑的外圍護構(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)計首要考慮的問題。
國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)計的方法[3][4]。而國內(nèi)在這方面的研究起步較晚，缺乏足夠的試驗數(shù)據(jù)。故本文對四邊簡支玻璃幕墻面板進行爆炸沖擊荷載作用下的動力響應(yīng)試驗。研究分析了不同面板的破壞形式和動力響應(yīng)特征[5]。
2 試驗概況
2.1 試驗方法
本文采用直立圓筒式核爆炸壓力模擬器對試件加載，試驗加載原理如圖1,2所示。直立圓筒式模爆器由爆炸段、過渡段、試驗段以及點火控制系統(tǒng)等部分組成。爆炸段筒壁上預(yù)留可根據(jù)需要開啟的泄氣孔；過渡段內(nèi)設(shè)有柵板系統(tǒng)；試驗段則包括充氣腔、試驗介質(zhì)與結(jié)構(gòu)及平衡基礎(chǔ)。試驗開始時，均勻設(shè)置好的導(dǎo)爆索爆炸后產(chǎn)生高壓氣體，經(jīng)柵板迅速充滿整個空腔，形成較均勻的模擬核爆炸壓力荷載作用于試件上，圖3是作用于試驗段加載面的實測壓力波形。試驗中通過控制導(dǎo)爆索的長度和泄爆孔的開啟個數(shù)來調(diào)節(jié)爆炸所需的超壓值和作用時間。
2.2 試件設(shè)計
根據(jù)模爆器的試驗要求，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)計為 1000mm×1000mm。如圖4所示。
對已標(biāo)定好的測試系統(tǒng)加電、調(diào)試。導(dǎo)爆索起爆后，壓力同時作用于試件和傳感器上，壓力傳感器輸出一個反映沖擊波壓力大小的電信號，電阻應(yīng)變片和位移傳感器信號實時記錄試件的動力響應(yīng)特征，經(jīng)過測試系統(tǒng)采集放大并記錄下來，得到壓力、應(yīng)變和位移的波形數(shù)據(jù)。
1.應(yīng)變測量原理
?。?）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 與長度L 和截面面積 A 有如下關(guān)系：
ρ—電阻率；
L —電阻絲長度；
A—電阻絲截面積
應(yīng)變測量時，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)生變形時其長度和截面積都會發(fā)生變化，因而阻值發(fā)生變化。量測儀器測量其阻值的變化，并根據(jù)應(yīng)變片的靈敏度指標(biāo)計算得出應(yīng)變值。
?。?）電阻應(yīng)變片的電橋測法
應(yīng)變片發(fā)生變形時的阻值變化極小，其阻值的測量通過電橋法實現(xiàn)。電橋法測量阻值的原理如下：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)變計阻值發(fā)生變化時，電橋的信號輸出端（Ui+，Ui-）電壓將發(fā)生變化，通過測量此電壓的變化量即可得到電阻的變化值(圖6)。
實際的應(yīng)變量測系統(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。
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)含電橋測量電路，將電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化并進行放大，放大后的信號送入數(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并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號傳送給計算機。
PC 機：獲取數(shù)據(jù)采集器上傳的測量值，并根據(jù)換算關(guān)系轉(zhuǎn)換成應(yīng)變值顯示（圖7）。
本次試驗用位移傳感器為調(diào)頻接觸式位移計，位移計安裝時測桿與試件緊密連接，試件的變形通過測桿的變形經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換為調(diào)頻信號，再由位移變送器將調(diào)頻信號檢出為電壓信號送至數(shù)據(jù)采集儀并轉(zhuǎn)換記錄為數(shù)字信號儲存（圖8）。
模爆器內(nèi)壓力測量采用應(yīng)變式壓力傳感器，其本質(zhì)仍然是應(yīng)變的測量，應(yīng)變測量的基本測量原理同上。壓力傳感器的測量原理如下：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，薄壁圓筒也相應(yīng)發(fā)生變形，應(yīng)變片也隨之變形，因此測量應(yīng)變片的應(yīng)變即可測得對應(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算機以及相應(yīng)的控制軟件和分析軟件。如圖9 所示：
通過對玻璃幕墻在爆炸沖擊荷載作用下的動力響應(yīng)試驗，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的爆炸沖擊荷載，而且其破壞后整體不脫落，沒有碎片飛濺，對人員無二次傷害，尤其是夾膠中空玻璃，抵抗爆炸沖擊波荷載能力較強。在沒有抗爆炸設(shè)計要求的建筑結(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有達到夾膠玻璃面板破碎限值時，夾膠玻璃面板的動力響應(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限值，夾膠玻璃面板變形為彈塑性變形。
參考文獻
[1]趙西安.建筑幕墻工程手冊（上冊）.北京：中國建筑工業(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.玻璃幕墻的爆炸動力響應(yīng)及抗爆炸設(shè)計方法：[博士學(xué)位論文].上海：同濟大學(xué)，2011
注：陳 峻（華東建筑設(shè)計研究院有限公司，上海 200002）
陶志雄（武漢建筑設(shè)計研究院有限公司，武漢 430000）
