水下爆炸荷載作用下結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)及損傷破壞

趙玉紅，趙文達(dá)，閆秋實(shí)

(北京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)學(xué)部，北京 100124)

由于重力式沉箱碼頭結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)越性，其在島礁建設(shè)中被廣泛采用。碼頭的軍事抗打擊能力對(duì)于港口的工作性能起著至關(guān)重要的作用，而重力式沉箱作為我國(guó)碼頭主要形式之一，在其使用期間可能遭受偶然爆炸和恐怖襲擊等打擊，因此需要對(duì)其進(jìn)行相關(guān)抗打擊研究。

水下爆炸是一個(gè)極其復(fù)雜的能量變化過程，從結(jié)構(gòu)損傷破壞角度來看，將水下爆炸劃分為①?zèng)_擊波的產(chǎn)生和傳播。②爆轟產(chǎn)物與水介質(zhì)的相互作用。本文以數(shù)值分析與試驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合，對(duì)于水下爆炸沖擊波和氣泡脈動(dòng)進(jìn)行探究；采用數(shù)值分析方法，基于Coupled Lagrangian Eulerian算法，對(duì)于水下爆炸荷載作用下重力式沉箱碼頭動(dòng)力響應(yīng)及損傷破壞進(jìn)行分析。Cole等[1-2]研究了水下爆炸沖擊波傳播特性和氣泡脈動(dòng)遷移運(yùn)動(dòng)形態(tài)，形成了水下爆炸半經(jīng)驗(yàn)半理論計(jì)算公式；艾伯特[3]進(jìn)行了多次艦船水下爆炸試驗(yàn)，對(duì)于艦船的損傷破壞進(jìn)行研究，形成試驗(yàn)總結(jié)報(bào)告。隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷優(yōu)化，水下爆炸數(shù)值模擬技術(shù)不斷革新，將試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬相互驗(yàn)證，進(jìn)行了水下爆炸深一步的研究。Xiaohua Zhao等[4]采用FEM-SPH描述水下爆炸接觸作用下鋼筋混凝土板的動(dòng)力響應(yīng)，比較了鋼筋混凝土板在空氣和水下爆炸接觸爆炸下的損傷特征，研究了鋼筋的損傷特性和塑性變形。Guangdong Yang等[5]分析了水下接觸和近距離爆炸作用下，截面形狀對(duì)柱體結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響，研究了鋼筋縱向、橫向間距、混凝土強(qiáng)度等因素對(duì)水下接觸爆炸作用下鋼筋混凝土柱抗爆性能的影響。Jian Li等[6]采用數(shù)值模擬方法，進(jìn)行了水下爆炸作用下產(chǎn)生的沖擊波對(duì)于圓柱結(jié)構(gòu)的變形及超壓峰值分布研究；閆秋實(shí)等[7]采用AUTODYN對(duì)近場(chǎng)水下爆炸鋼筋混凝土樁的動(dòng)力響應(yīng)及毀傷模式進(jìn)行研究，從安全距離的角度對(duì)于高樁碼頭的抗爆性能進(jìn)行評(píng)估；劉靖晗等[8]通過LS-DYNA對(duì)水下爆炸作用下高樁碼頭的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和破壞機(jī)理進(jìn)行分析，評(píng)估了高樁碼頭的毀傷效應(yīng)；Zhang等[9]和Liu等[10]采用SPH算法，對(duì)于水下爆炸沖擊波傳播特性進(jìn)行研究；Emamzadeh等[11]采用ALE有限單元法，對(duì)于水下爆炸荷載作用下結(jié)構(gòu)物的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行研究；張阿漫等[12-14]采用間斷伽遼金法，針對(duì)水下爆炸作用下艦船的響應(yīng)進(jìn)行研究，形成水下爆炸所產(chǎn)生的氣泡脈動(dòng)在結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的局部荷載分析方法。

盡管，目前針對(duì)水下爆炸荷載特性，尤其是沖擊波、氣泡脈動(dòng)的研究已達(dá)成了較為廣泛的認(rèn)知，但針對(duì)結(jié)構(gòu)物在其作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究還相對(duì)缺乏，且其中大部分研究集中于鋼板或鋼殼，而針對(duì)水中構(gòu)筑物的研究尚少，作為主流的碼頭形式，沉箱結(jié)構(gòu)面臨著潛在的水下爆炸威脅，故其在水下爆炸荷載作用下的研究亟待開展?；诖?，本文針對(duì)于重力式沉箱碼頭結(jié)構(gòu)形式，探究其在水下爆炸荷載作用下的動(dòng)力行為，綜合考慮了水下各種影響因素，采用Coupled Lagrangian Eulerian算法，在不同炸藥當(dāng)量、混凝土強(qiáng)度、配筋率等條件下，進(jìn)行了重力式沉箱碼頭動(dòng)力響應(yīng)及損傷破壞分析，研究成果可以為我國(guó)碼頭結(jié)構(gòu)軍事抗打擊能力提供參考，為我國(guó)碼頭結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計(jì)及損傷破壞評(píng)估提供依據(jù)。

1 數(shù)值模擬有效性驗(yàn)證

1.1 材料模型和狀態(tài)方程

1.1.1 炸藥、空氣、水的材料模型和狀態(tài)方程[15]

所以，我積極為學(xué)生開設(shè)連接社會(huì)的人生發(fā)展課程。如以認(rèn)識(shí)自我、規(guī)劃人生為目的的生涯規(guī)劃課程，以傳承文化、欣賞感悟?yàn)槟康奶账囌n、版畫課、京劇課等，以強(qiáng)大內(nèi)心、調(diào)節(jié)自我為目的的團(tuán)隊(duì)心理拓展課程，以責(zé)任、創(chuàng)業(yè)為目的的理財(cái)課程，以反思自我、展望未來為主題的快樂暑假課程，等等。

炸藥為TNT，狀態(tài)方程為JWL，用于描述爆轟壓力p與每單位體積內(nèi)能e的關(guān)系，具體表達(dá)方式如下：

(1)

式中：p為炸藥的爆轟壓；Ed為炸藥的初始內(nèi)能；V為比容；A、B均為材料參數(shù)；e為爆轟產(chǎn)物比內(nèi)能；R1、R2、ω為特征參數(shù)，JWL狀態(tài)方程相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 TNT炸藥JWL狀態(tài)方程相關(guān)參數(shù)

式中：p0為靜水壓力，MPa；Rm為氣泡最大半徑，mm；h為爆炸深度，m；r為藥包半徑，mm；BR和p為常數(shù)，分別取37.8和0.18；T為氣泡脈動(dòng)周期，ms；BT和Q為常數(shù)，分別取0.006 8和0.375 8。爆深10.0 m、距爆源10倍裝藥半徑(530 mm)處沖擊波和氣泡脈動(dòng)壓力及最大氣泡半徑時(shí)程如圖3所示。

表2 水的狀態(tài)方程參數(shù)

空氣的狀態(tài)方程為Ideal Gas，用來表達(dá)壓力、體積、溫度變化的關(guān)系，其具體形式為

(2)中層粉質(zhì)黏土壓縮層(A3)：為粉質(zhì)黏土夾少數(shù)薄層粉細(xì)砂、粉土，可塑-硬塑，層底深度40～60 m。

(2)

式中：γ為絕熱指數(shù)；e為比內(nèi)能。ρ=1.225×10-3g/cm3，r=1.4，e=2.068×105kJ/kg。

他手舉風(fēng)箏追趕我，卻不想風(fēng)箏被一個(gè)樹枝夾到，進(jìn)退不得。他喚住我，可憐兮兮的樣子不知道該怎么辦，我一把拿過風(fēng)箏線，說“我來試試?！?/p>

回到村路上，沒買到米的牛皮糖步子越走越慢。眼皮耷拉著，目光不離腳尖，尋著路走，好像丟了錢?？纯醋叩阶约业陌硕非鹋?，牛皮糖忽然中了邪，眼睛一亮，手舞足蹈起來。后來就跨過那條兩尺高的田埂，跳到了八斗大田中，蹲了下來。五月的大田里空空蕩蕩，零星的苜?；ㄊ萑醯亻_放著。這里那里的硬土上開著坼，像無數(shù)條螞蝗巴在飽經(jīng)滄桑的皮膚上。一條污漬斑斑的水溝，從猴頭嶺上的工業(yè)園下來，巨蟒一般越過八斗丘，拐進(jìn)旁邊一條水渠，扭向洞庭湖。牛皮糖從不抽煙，他蹲在那里沒有事干，就只是專注地盯著那條溝，一動(dòng)不動(dòng)，把一種心事涂抹在迷蒙的田野上，很久。

1.3.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

1)混凝土采用RHT模型，該模型能夠考慮材料動(dòng)力學(xué)特征，同時(shí)考慮靜水壓力的作用、應(yīng)力強(qiáng)化、應(yīng)變率效應(yīng)及混凝土的殘余強(qiáng)度，并考慮損傷和裂縫發(fā)展對(duì)材料強(qiáng)度的不利影響[16]。

2)鋼筋為STEEL 4340材料模型，采用Johnson-Cook模型[17]，其具體表達(dá)式如下：

將藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)要求(即畢業(yè)要求的分解指標(biāo)點(diǎn))與實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)，明晰實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與畢業(yè)要求之間的關(guān)系，避免不同學(xué)校不同教師在講授同一門課程時(shí)產(chǎn)生教學(xué)效果的偏離，同時(shí)也為后續(xù)考試以及課程質(zhì)量評(píng)價(jià)奠定實(shí)質(zhì)性基礎(chǔ)[8]。

(3)

式中：A為屈服應(yīng)力，取335 MPa；B為應(yīng)變硬化常數(shù)，取219 MPa；C為應(yīng)變率敏感參數(shù)，取0.014；n為應(yīng)變硬化指數(shù)；εp和ε′p塑性應(yīng)變和塑性應(yīng)變率；ε′1為參考應(yīng)變率，取1 s-1；T*m=(T-Tr)(Tm-Tr)，m為溫度軟化指數(shù)。

其他：利用得天獨(dú)厚的自然條件打造冰雪景觀系統(tǒng)，塑造東北地區(qū)獨(dú)一無二的校園冰雪文化景觀，讓來自全國(guó)各地的師生體驗(yàn)獨(dú)特的冰雪文化，樹立堅(jiān)韌、從容、自信、豁達(dá)的高尚品格，為未來的校園旅游埋下伏筆。

3)砂采用MO-Granular狀態(tài)模型，該模型是基于Drucker-Prager本構(gòu)模型的優(yōu)化，它考慮了土壤、沙子、粗骨料的相關(guān)影響，除了對(duì)于壓力硬化進(jìn)行考慮，還表示了剪切模量隨著密度的變化。

1.2 自由場(chǎng)沖擊波及氣泡脈動(dòng)

1.3.2 數(shù)值模型

圖1 一維楔形體計(jì)算模型Fig.1 One dimensional calculation model of wedge-shaped body

目前，對(duì)于TNT水下爆炸沖擊波荷載的主要計(jì)算方法是采用Cole的經(jīng)驗(yàn)公式[1-2]：

(4)

式中：pm為沖擊波超壓峰值，MPa；W為裝藥質(zhì)量，kg；R為爆炸距離，m；k和α分別取常數(shù)52.4、1.13。

其次，相較于文科學(xué)生，理工科學(xué)生更關(guān)注學(xué)習(xí)問題、就業(yè)問題等“務(wù)實(shí)”問題，而對(duì)理想信念、社會(huì)責(zé)任等“務(wù)虛”問題相對(duì)淡漠。理工科學(xué)生對(duì)政治的態(tài)度更為冷漠，功利心較強(qiáng)，奉獻(xiàn)意識(shí)較弱。當(dāng)下“宅文化”、“二次元文化”、網(wǎng)絡(luò)游戲在高校，尤其在理工科院系中泛濫，更加劇了理工科學(xué)生對(duì)重大政治和社會(huì)議題的回避。越來越多的理工科學(xué)生傾向于在虛擬世界中構(gòu)建自己的精神世界，把除了學(xué)習(xí)之外的時(shí)間和精力都投入其中，部分學(xué)生甚至沉溺其中，占用了本該進(jìn)行學(xué)習(xí)的寶貴時(shí)間。

由各測(cè)點(diǎn)壓力時(shí)程(見圖2)可知，#1～#7測(cè)點(diǎn)峰值超壓分別為118.65、87.52、67.96、55.05、46.01、39.38、34.28 MPa，沖擊波超壓時(shí)程曲線呈非線性且迅速衰減特征，將自由場(chǎng)沖擊波峰值模擬結(jié)果與Cloe經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，模擬結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)公式誤差都在15%以內(nèi)(見表3)。其精度能夠滿足本文的計(jì)算要求。

圖2 各測(cè)點(diǎn)壓力時(shí)程Fig.2 Pressure time-history of each measuring point

表3 模擬結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)比

對(duì)自由場(chǎng)水下爆炸氣泡脈動(dòng)數(shù)值計(jì)算分析，建立一維楔形計(jì)算模型，炸藥當(dāng)量為1.0 kgTNT，裝藥半徑53.0 mm，計(jì)算水域取20.0 m，爆炸深度分別取6.0、8.0、10.0 m。根據(jù)Cole和Smith理論，水下爆炸氣泡脈動(dòng)經(jīng)驗(yàn)公式為

(5)

(6)

(7)

水的狀態(tài)方程為polynomial，水下爆炸產(chǎn)生高溫高壓的氣體，存在內(nèi)外壓差，從而使水發(fā)生變形，因此水的狀態(tài)方程在數(shù)值模擬中占據(jù)重要地位，本文采用的是多項(xiàng)式狀態(tài)方程。壓縮狀態(tài)時(shí)，μ>0，p=A1μ+A2μ2+A3μ3+(B0+B1μ)ρ0Ew；拉伸狀態(tài)時(shí)，μ<0，p=T1μ+T2μ2+B0ρ0。其中，μ=ρ/ρ0-1，水狀態(tài)方程參數(shù)如表2所示。

社會(huì)主義核心價(jià)值觀的培育和踐行，只有理論的解讀和嚴(yán)格的要求是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需利用榜樣的示范引領(lǐng)作用，在潛移默化中讓每一個(gè)要求逐漸內(nèi)化為學(xué)生的自覺行動(dòng)，學(xué)生講堂應(yīng)運(yùn)而生。學(xué)生講堂和名師講堂、班主任講堂自成體系，仍以三月為例，學(xué)生講堂或宣傳校內(nèi)誠(chéng)信之星，或講述名人誠(chéng)信故事，或吟誦誠(chéng)信經(jīng)典，或播放誠(chéng)信動(dòng)漫故事……總之，利用學(xué)生喜聞樂見的方式，將名師講堂的解讀和班主任講堂的要求以生動(dòng)鮮活的事例呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生有榜樣可學(xué)習(xí)。

圖3 10倍半徑處沖擊波和氣泡脈動(dòng)最大半徑時(shí)程Fig.3 Time history of maximum radius of shock wave and bubble pulsation at 10 times radius

將氣泡脈動(dòng)結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行對(duì)比分析可知，氣泡脈動(dòng)結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)公式誤差均在15%以內(nèi)(見表4)，其精度滿足本文的計(jì)算要求。

表4 氣泡脈動(dòng)結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)公式比較

1.3 模型驗(yàn)證

由于水下爆炸荷載作用下典型重力式沉箱碼頭試驗(yàn)的參考文獻(xiàn)相對(duì)較少，所以本文采用董琪等[18]所做的水下爆炸突堤式沉箱碼頭試驗(yàn)，對(duì)于數(shù)值模型的合理性進(jìn)行驗(yàn)證。

1.1.2 混凝土、鋼筋、砂的材料模型和狀態(tài)方程

重力式沉箱碼頭縮尺試驗(yàn)在海軍工程大學(xué)進(jìn)行，試驗(yàn)在直徑8.0 m，深8.0 m的大型鋼筋混凝土爆炸水池中開展，水池內(nèi)貼8.0 mm鋼板，底部鋪設(shè)0.50 m緩沖砂墊層并加設(shè)鋼板。突堤式沉箱碼頭長(zhǎng)2 980 mm，寬1 620 mm，高2 190 mm，倉(cāng)格單元內(nèi)填充材料為河沙，突堤式沉箱碼頭模型如圖4所示。

圖4 模型三視圖和剖面圖Fig.4 Three views and sectional views of model

混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度C20，鋼筋采用HRB335型號(hào)，填充物為珊瑚砂/碎石。起爆點(diǎn)位于對(duì)應(yīng)倉(cāng)格的中心位置。e1為壓力傳感器，其量程為69 MPa，選用PENT炸藥，炸藥當(dāng)量為1 kg，爆炸深度設(shè)置為0.9 m，爆炸距離設(shè)置為0.5 m，試驗(yàn)設(shè)置如圖5所示。

圖5 試驗(yàn)設(shè)置Fig.5 Test setup

炸藥水下爆炸后以球面波的形式向四周傳播，與爆心距離越近，沖擊波峰值壓力越大，隨著時(shí)間的推移，沖擊波峰值呈指數(shù)衰減。采用數(shù)值計(jì)算方法在節(jié)約試驗(yàn)成本的同時(shí)，能夠大幅度的提高計(jì)算效率，本文采用映射技術(shù)，將一維映射至三維中，需對(duì)一維楔形的映射結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，從而說明數(shù)值計(jì)算的可靠性。建立自由場(chǎng)一維模型(見圖1)，計(jì)算域?yàn)?.0 m，網(wǎng)格大小為0.5 mm，網(wǎng)格數(shù)為2 000，裝藥量為0.4 kg的TNT炸藥，藥包半徑為39 mm，賦予水內(nèi)能431.87 kJ/kg，距離藥包中心10、12.5、15、17.5、20、22.5、25倍半徑處布置測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)為#1～#7。

以典型重力式沉箱碼頭實(shí)際設(shè)計(jì)圖紙為依據(jù)。計(jì)算模型的長(zhǎng)40.0 m，寬40.0 m，高20.0 m，在高度方向上，建立水域高度為16.0 m，空氣域高度為4.0 m。計(jì)算模型劃分單元數(shù)1 660 942個(gè)。炸藥為TNT裝藥，其質(zhì)量分別選取50、100、200、400、800 kg，爆深5.0 m，爆距10.0 m，測(cè)點(diǎn)與藥包同深，測(cè)點(diǎn)位于倉(cāng)格中心位置，數(shù)值模型及測(cè)點(diǎn)布置如圖9所示。

突堤式沉箱碼頭模型三維模型如圖6所示，計(jì)算域?yàn)? m×4 m×3 m，其中水域深度為1.8 m，空氣域高度為1.2 m，計(jì)算模型劃分單元數(shù)為939 777，沉箱內(nèi)部填充材料砂與接觸面的動(dòng)摩擦系數(shù)取為0.1，采用Coupled Lagrangian Eulerian算法，一次項(xiàng)黏性系數(shù)為0.2，二次項(xiàng)黏性系數(shù)取為1.0，計(jì)算域邊界施加流出邊界，底部為剛性邊界。

法國(guó)蒙塔頓農(nóng)業(yè)技術(shù)學(xué)院的農(nóng)學(xué)家弗洛倫斯·勒普林斯（Florence Leprince）補(bǔ)充說道，改變的關(guān)鍵在于食品體系中所有參與者之間的合作。她表示，“解決方案已經(jīng)有了，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能覆蓋各方面的需求，重要的是所有參與者在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的改革中做出更多承諾。”

圖6 三維模型Fig.6 3D Model

1.3.3 數(shù)值模型與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

p=(γ-1)ρe

由水下爆炸荷載作用下突堤式沉箱碼頭數(shù)值模型與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比(見圖7)可知，突堤式沉箱碼頭迎爆面損傷破壞程度較為嚴(yán)重，距離爆源正中心位置出現(xiàn)混凝土剝落，迎爆面與橫隔板交界面出現(xiàn)縱向裂縫，數(shù)值模擬和試驗(yàn)出現(xiàn)損傷破壞的位置基本重合。由水下爆炸沖擊波壓力時(shí)程曲線對(duì)比(見圖8)可知，試驗(yàn)沖擊波峰值壓力為13.58 MPa，數(shù)值模擬沖擊波峰值壓力為11.69 MPa，相對(duì)誤差為16.9%，在工程誤差允許范圍內(nèi)。

圖7 水下爆炸荷載作用下沉箱碼頭對(duì)比Fig.7 Comparison of caisson wharf under underwater explosion load

圖8 水下爆炸沖擊波壓力時(shí)程對(duì)比Fig.8 Comparison of pressure time history of under water explosion shockwave

總體來看，采用AUTODYN進(jìn)行數(shù)值分析對(duì)于實(shí)際工程有一定程度的可靠性，可進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值分析，開展對(duì)于水下爆炸荷載作用下典型重力式沉箱碼頭的深入研究。

2 典型重力式沉箱碼頭動(dòng)力響應(yīng)及損傷破壞

2.1 數(shù)值模型

中高煤階煤基質(zhì)孔隙表面具有很強(qiáng)的甲烷吸附能力，其能夠吸附的氣體量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于煤層孔隙的氣體含量，因此，煤層常為不飽和吸附而處于欠壓狀態(tài)。速度計(jì)算過程中需考慮壓力和氣體含量2個(gè)變量的影響。在煤層氣儲(chǔ)層處于飽和吸附狀態(tài)時(shí)，壓力變化主要影響煤基質(zhì)固體顆粒彈性性質(zhì)，與氣體吸附引起的變化相比，這個(gè)變化較小可以忽略。在計(jì)算過程中主要考慮儲(chǔ)層氣體含量的變化，最大吸附氣體量與壓力關(guān)系根據(jù)Langmuir方程計(jì)算得出，即

最可惱的一次，是一位名叫宋歌生的師兄，他領(lǐng)著出恭牌去小解，發(fā)現(xiàn)臨空架在水潭之上的茅廁，坑位之前有一棵楠竹根部油光水滑，他問過其他幾位男弟子，明白這是顏師父出恭的時(shí)候，會(huì)一邊抱著竹子格物致知，思考懸垂露成豎的法門，一邊五谷輪回方便如斯，宋師兄伙同曲風(fēng)、劉歆二人，悄悄將那棵竹子的根部用小刀挖空。

圖9 數(shù)值模型及測(cè)點(diǎn)布置Fig.9 Numerical model and layout of measuring point

2.2 典型重力式沉箱碼頭動(dòng)力響應(yīng)及損傷破壞研究

2.2.1 炸藥當(dāng)量對(duì)重力式沉箱碼頭的影響

炸藥當(dāng)量關(guān)系到整個(gè)模型能量的輸入，進(jìn)而會(huì)影響到整體結(jié)構(gòu)的破壞損傷乃至破壞，而這種破壞后果往往是較為嚴(yán)重的。由此可以得出，裝藥質(zhì)量對(duì)于整個(gè)結(jié)構(gòu)的影響不可小視。設(shè)定爆炸深度為8.0 m，填充物動(dòng)摩擦因數(shù)設(shè)為0.3。炸藥量依次為50、100、200、400、800 kg，爆炸距離為10.0 m，裝藥方式為球形裝藥。

由不同裝藥質(zhì)量下水下爆炸荷載作用下重力式損傷碼頭損傷(見圖10)可以看出，通過增加裝藥質(zhì)量使得重力式沉箱碼頭破壞損傷逐漸加劇，結(jié)構(gòu)損傷呈明顯增大的趨勢(shì)，其主要損傷部位是迎爆面，迎爆面中線處成為最先受損區(qū)域，由于受到?jīng)_切損傷破壞，出現(xiàn)多道損傷裂紋，有由四周向中心擴(kuò)展的趨勢(shì)，當(dāng)裝藥質(zhì)量為800 kg時(shí)，重力式沉箱碼頭迎爆面出現(xiàn)明顯的沖切破壞，并伴隨著混凝土剝落，鋼筋出現(xiàn)斷裂。

圖10 不同裝藥質(zhì)量下水下爆炸荷載作用下重力式沉箱碼頭損傷Fig.10 Damage of gravity caisson wharf under underwater explosion load with different charge qualities

各個(gè)工況所布置測(cè)點(diǎn)中，測(cè)點(diǎn)位于倉(cāng)格單元中心位置。工況1～5模擬得到的測(cè)點(diǎn)y方向位移變化如圖11所示?？梢缘贸觯何灰茣r(shí)程曲線均為上升曲線；200 ms時(shí)，炸藥質(zhì)量分別為400、200、100、50 kg時(shí)的測(cè)點(diǎn)y方向峰值位移分別為779、423、338、176 mm，由于炸藥質(zhì)量為800 kg時(shí)，在沖擊波階段出現(xiàn)明顯的沖切破壞，重力式沉箱碼頭處于非常嚴(yán)重破壞狀態(tài)，所以并未給出其對(duì)應(yīng)的位移時(shí)程曲線，隨著裝藥質(zhì)量的增大，峰值位移逐步增大，且增大幅度會(huì)提高，位移增速加大。

圖11 各工況測(cè)點(diǎn)y方向位移時(shí)程Fig.11 Displacement time history of each working condition in y direction

2.2.2 混凝土強(qiáng)度對(duì)重力式沉箱碼頭的影響

1.1.3 節(jié)瘟。常在抽穗后發(fā)生，初在稻節(jié)上產(chǎn)生褐色小點(diǎn)，后漸繞節(jié)擴(kuò)展，使病部變黑，病節(jié)干縮凹陷，易折斷。潮濕時(shí)生灰色霉?fàn)钗?，俗稱爛骨節(jié)。

為了研究混凝土強(qiáng)度對(duì)重力式沉箱碼頭抗爆性能的影響，根據(jù)AUTODYN材料庫(kù)中提供的CON-35材料模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的修改[19]。參考混凝土設(shè)計(jì)手冊(cè)，通過改變混凝土強(qiáng)度(C40、C50、C60)開展研究。炸藥當(dāng)量選取200 kg，爆炸深度為8.0 m，爆炸距離為10.0 m。

由不同混凝土強(qiáng)度下水下爆炸荷載作用重力式沉箱碼頭損傷(見圖12)可以看到，因?yàn)樗卤ê奢d作用下重力式沉箱碼頭破壞發(fā)生在迎爆面與橫隔板交界面，由于交接面的抗拉抗彎強(qiáng)度沒有改變，所以改變混凝土強(qiáng)度對(duì)重力式沉箱碼頭迎爆面與橫隔板交界面的抗爆性能并沒有明顯改變；但對(duì)于倉(cāng)格單元影響較大，使其抗爆性能顯著提高，可以改變重力式沉箱碼頭迎爆面的自振頻率，使結(jié)構(gòu)自振周期更短。

圖12 不同混凝土強(qiáng)度水下爆炸荷載作用下重力式沉箱碼頭損傷Fig.12 Damage of gravity caisson wharf under underwater explosion load with different concrete strength

由不同混凝土強(qiáng)度重力式沉箱碼頭位移對(duì)比(見圖13)可知，隨著混凝土強(qiáng)度的提高，沉箱碼頭的位移逐漸減小，故提高重力式沉箱碼頭的混凝土強(qiáng)度可有效減小整體結(jié)構(gòu)的殘余位移和結(jié)構(gòu)損傷。在水下爆炸荷載作用下重力式沉箱碼頭的破壞損傷不只是集中于交接面上，橫隔板也參與抵抗水下爆炸荷載作用，所以增加結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度，可以提高整體結(jié)構(gòu)的抗爆性能。

圖13 不同混凝土強(qiáng)度重力式沉箱碼頭位移對(duì)比Fig.13 Comparison of displacements of gravity caisson wharfs with different concrete strengths

2.2.3 配筋間距對(duì)重力式沉箱碼頭的影響

配筋率是結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要參數(shù)，提高結(jié)構(gòu)的配筋率會(huì)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的承載能力及整體性、延性和變形性能，會(huì)使結(jié)構(gòu)的損傷破壞程度降低。選取炸藥為TNT裝藥，其質(zhì)量均選取為200 kg，爆深8.0 m，爆距10.0 m，通過改變重力式沉箱碼頭迎爆面雙排雙向鋼筋間距，取鋼筋間距分別為300、400、500 mm的重力式沉箱碼頭進(jìn)行水下爆炸荷載作用下的動(dòng)力分析，不同鋼筋間距下水下爆炸荷載作用的重力式沉箱碼頭損傷如圖14所示。

圖14 不同鋼筋間距水下爆炸荷載作用下重力式沉箱碼頭損傷Fig.14 Damage of gravity caisson wharf under underwater explosion load with different reinforcement spacing

由圖14可知，減小結(jié)構(gòu)鋼筋間距可以抑制垂直于縱筋方向的裂縫發(fā)展，減少此方向上的損傷。由不同鋼筋間距下重力式沉箱碼頭水下爆炸荷載作用下的位移時(shí)程曲線(見圖15)可知，增加結(jié)構(gòu)配筋率(減少鋼筋間距)對(duì)于重力式沉箱碼頭抗爆性能略有提高。

圖15 不同配筋率重力式沉箱碼頭位移對(duì)比Fig.15 Comparison of displacements of gravity caisson wharf with different rebar ratios

重力式沉箱碼頭在水下爆炸荷載作用下，通過增加結(jié)構(gòu)配筋率可提高其抗爆性能，在迎爆面與橫隔板交界面處出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷，并隨之向四周延伸，位于倉(cāng)格單元跨中位置出現(xiàn)環(huán)狀局部破壞及彎曲破壞，并伴隨著少量的剪切破壞，由于迎爆面中縫處于橫隔板交界面，從而使得位移在水下前期并不會(huì)出現(xiàn)較大的區(qū)別，從40 ms開始，水下爆炸隨著氣泡脈動(dòng)的發(fā)展對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。所以，結(jié)構(gòu)配筋率主要是提高了重力式沉箱碼頭的抗剪性能，故在水下爆炸荷載作用下通過提高結(jié)構(gòu)配筋率對(duì)于整體抗爆性能具有顯著的影響。

3 結(jié)論

1)增加裝藥質(zhì)量使得重力式沉箱碼頭破壞損傷逐漸加劇，結(jié)構(gòu)損傷呈明顯擴(kuò)大的趨勢(shì)，重力式沉箱碼頭迎爆面中線處成為最先受損區(qū)域。當(dāng)裝藥質(zhì)量為800 kg時(shí)，重力式沉箱碼頭迎爆面出現(xiàn)明顯的沖切破壞，并伴隨著混凝土剝落，鋼筋出現(xiàn)斷裂。

2.1 鹽脅迫條件下生物復(fù)菌劑對(duì)黃瓜種子發(fā)芽及生長(zhǎng)的影響 由表2可知，空白對(duì)照(加水)下，“苗壯素”菌液對(duì)黃瓜種子發(fā)芽率、鮮重及干重影響較小。但在鹽脅迫處理下，種子發(fā)芽率提高17.5%，鮮重提高23.5%，說明“苗壯素”對(duì)黃瓜種子具有明顯的耐鹽促生作用。

2)改變混凝土強(qiáng)度對(duì)重力式沉箱碼頭迎爆面與橫隔板交界面的抗爆性能并沒有明顯改變，但對(duì)于倉(cāng)格單元影響較大，使其抗爆性能顯著提高。

3)結(jié)構(gòu)配筋率對(duì)重力式沉箱碼頭的抗剪性能有著較大的影響，可以通過提高結(jié)構(gòu)配筋率提高水下爆炸荷載作用下結(jié)構(gòu)的整體抗爆性。