周迅，李思思
（西南科技大学 土木工程与建筑学院， 四川绵阳 621010）
摘要：近年来，随着恐怖袭击和偶然爆炸等事件的发生，土木工程对建筑结构的抗爆性能提出了更高的要求。同时，钢管混凝土结构因其优良的力学特性被广泛应用成为一种不可或缺的建筑结构，本文系统梳理了钢管混凝土结构抗爆性能的研究现状，总结分析了现阶段研究尚存在的不足，以期对相关方面的研究提供参考。
关键词：钢管混凝土；抗爆性能；综述
0 引言
钢管混凝土是指在钢管中浇筑混凝土形成的结构构件，两者优缺互补，使得其具有自重轻、承载力高、冲击韧性与延性性能好、抗弯刚度大、抗震性能好、施工速度快和建筑材料使用量相对较少等特点，因而在一些工程建设领域中得到了广泛应用[1-4]。从最早一些震惊世界的恐怖袭击到近年来频发的意外爆炸事故等让更多的学者加入到工程抗爆研究的队伍当中。目前，国内外对于钢管混凝土结构性能的研究主要是力学性能和耐火性能[5-8]，有关其结构抗爆性能的研究相对较少且主要集中于钢管混凝土柱构件的抗爆研究。同时，在近几年的抗爆研究当中，数值模拟是最主要的研究方法，在钢管混凝土结构抗爆性能研究当中运用得也十分广泛[9-14]。本文主要通过试验研究、理论分析两个方面对相关研究的新进展进行总结。
1 试验研究
1.1普通钢管混凝土结构抗爆研究
2008年，Shuichi Fujikura等[15]通过理论分析和试验验证的方式对一种钢管混凝土多柱结构的抗爆性能进行了研究。研究结果表明，桥墩试件钢管混凝土柱在爆炸荷载作用下表现出良好的延性；强化基础连接能够提高爆炸荷载作用下钢管混凝土柱的复合强度；作用在圆柱上的有效爆破压力为作用在平面上的有效爆破压力的0.45倍。
2011年，薛建英等[16]以钢管壁厚和炸药药量为变化参数对钢管混凝土简支构件在爆炸荷载作用下的动力响应进行了研究。试验表明，钢混构件的抗爆性能除了与自身承载力有关外，还与爆炸冲击作用时间、构件自振周期和套箍系数有关。
2013年，李国强等[17]以炸药药量、冲击距离、轴压比、混凝土强度和含钢率等为参数对多个钢管混凝土柱进行了现场爆炸试验。研究表明，在爆炸冲击下，柱以整体弯曲变形为主，且随着轴压比和爆炸量的增大，试件的残余挠曲变形更加明显，随着混凝土强度等级和含钢率的增大则有所减弱。
2014年，崔莹等[18]通过具体试验和数值模拟对爆炸荷载作用下钢管混凝土柱表面冲击波压力的分布进行误差对比，并分析了不同空气和不同炸药网格尺寸对其的影响。结果表明，峰值压力和正压冲量是探究冲击波对构件损伤程度的主要依据；当空气及炸药网格尺寸增大时，试件迎爆面与背爆面的冲击波压力峰值均有所下降；数值模拟与具体试验的误差随网格尺寸的减小而降低。
2020年，赵均海等[19]通过建立爆炸荷载作用下钢管混凝土柱的响应模型进行了数值模拟并通过足尺试验进行验证。结果表明，与方形截面钢管混凝土柱相比，相同面积的圆形截面柱抗爆性能更好; 增大矩形截面钢管混凝土柱的长宽比或是减小圆形截面钢管混凝土柱的径厚比都对优化钢管混凝土柱的抗爆性能有积极作用。
1.2 新型钢管混凝土结构抗爆研究
2016年，金何伟等[20]对钢管超高强钢纤维混凝土柱试件的爆炸响应特性进行了研究，并对比分析不同截面柱的差异，得到了爆炸荷载曲线及关键位置的位移时程曲线。试验表明，在抗爆性能方面，方形截面柱的表现强于相同内外径的圆形截面柱；柱内部适当做空可提高其抗爆性能同时节约造价。
2016年，Fangrui?Zhang等[21]对中空夹层钢管超高性能混凝土柱在封闭爆破荷载作用下进行了试验研究。结果表明，柱内填充超高性能混凝土以及适当增大轴向荷载可以更好地延迟爆炸冲击波下混凝土的开裂和钢屈曲。
2017年，徐慎春等[22]通过数值模拟分别对圆形、方形中空夹层钢管超高性能钢纤维混凝土柱（UHPSFRCFDST）的抗爆性能进行了研究并开展了具体试验进行验证。结果表明，有限元模型分析具有一定的可靠度；增大轴压比、一定范围内降低空心率和减小钢管高厚比等均能有效加强UHPSFRCFDST柱的抗爆性能。
2017年，P.?Fouché等[23]通过现场试验分别对中空夹层钢管混凝土柱（CFDST）的抗震和抗爆性能进行了研究。结果表明，截面变形(凹陷/崩落)是近接触爆炸超压作用下CFDSTs的重要变形机制；钢管混凝土柱内筒的存在起到了传力作用，有效地防止了截面的直接剪切破坏。
1.3爆炸后剩余承载性能研究
2015年，Fangrui Zhang等[24]对中空夹层钢管超高性能混凝土柱在封闭爆破荷载作用下的残余性能进行了试验研究。结果表明，受爆炸荷载作用后永久位移较小的钢管混凝土柱具有较大的峰值残余轴向承载力；未受轴向加载的钢管混凝土柱比受轴向加载的钢管混凝土柱具有更强的延性。
2016年，王宏伟等[25]以截面形式、轴压力、钢管壁厚等为主要参数对8根爆炸荷载作用后的足尺钢管混凝土柱的残余承载力进行了试验研究。结果表明，圆形截面柱受爆炸荷载作用后受力的破坏模式为延性破坏，而方形截面柱则为脆性破坏，两者仍具有一定的承载力。
2017年，Hongwei?Wang等[26]对钢管混凝土柱的破坏模式和爆破损伤钢管混凝土柱的残余强度进行了试验研究。结果表明，所有试件的破坏模式主要为整体弯曲破坏，其中的差异可能是由于圆形截面比正方形截面对混凝土填料有更好的约束作用；近距离爆破加载后，钢管混凝土（CFST）试件仍能保持高达60%的轴向承载力；在相同的爆炸荷载作用下，钢管厚度越大，残余轴力比越大，方形试件的残余轴力比越大。
1.4 高温后抗爆性能研究
2016年，邹慧辉等[27]以受火时间和比例距离为变化参数对火灾后钢管活性粉末混凝土（钢管RPC）柱的抗爆性能进行了研究。试验表明，比例距离较小时，爆炸荷载主要作用于跨中处且沿两端逐渐减小；受火一定时间后的钢管RPC柱的抗爆性能弱于未受火柱但仍具有较好的抗爆性能，随受火时间的增加而减弱。
2017年，陈万祥等[28]对大比例钢管RPC柱进行了抗近距爆炸试验研究并通过数值模拟加以验证。研究表明，受火时间较比例距离更能影响钢管RPC柱的抗爆性能；进一步验证了在一定爆炸荷载作用下，受火后梁柱构件的剪应力发展快于材料的变形，解释了剪切破坏多发的原因。
2021年，胡文伟等[29]通过标准火灾作用下钢管混凝土柱抗爆模型分析验证了火灾作用下钢管混凝土柱的抗爆机理，对比得出混凝土强度、轴压比和爆炸药量对高温下钢管混凝土柱的抗爆性能影响显著。
2 理论分析
2012年，Shuichi Fujikura等[30]采用了单自由度(sof)动力分析和基于纤维的动力分析的方法研究了圆形钢管混凝土柱的抗爆性能并通过足尺试验加以校准。研究表明，单自由度动力分析中应采用动态变化的荷载-质量因子来匹配特定的响应范围；在爆炸荷载作用下，高频振型对结构的响应有一定的影响；采用瑞利阻尼和纤维模型可以显著降低结构在爆炸荷载下的高频模态效应。
2013年，孙珊珊[31]基于等效体系、迎爆面影响的转换，采用延性系数对爆炸荷载作用下钢管混凝土柱的动力响应进行一系列理论计算并通过数值模拟和试验加以对比分析了理论方法的合理性。
2015年，曹雪叶等[32]运用统一强度理论推导了钢管混凝土构件的极限抗弯和位移数值；使用等效单自由度模型和逐步积分法对爆炸荷载作用下钢管混凝土柱的响应进行了研究，并对柱质量和刚度变化带来的非线性影响作出了调整，提供了更为精确的计算方法。
2019年，余轩[33]采用统计学方法、数值模拟CONWEP算法和等效单自由度（SDOF）法对爆炸冲击中不同截面CFST柱的动力响应进行分析，推导了在套箍系数和轴压比两者影响下的柱中挠度拟合公式以及最小安全防护距离的计算，采用SDOF法研究了不同参数下影响下的压力-冲量（P-I）曲线图。结果表明，理论分析方法具有较高的安全冗余度；构件的P-I渐近线值随各参数的增加先增大后减小。
3结论与展望
综上所述，目前国内外主要在钢管混凝土柱的抗爆性能方面开展了一定的研究工作，并取得了一些研究成果。但整体上尚处于起步阶段，为了促进钢管混凝土结构抗爆性能的研究和工程应用，本文在对其研究现状进行了总结分析的基础上，给出以下几点建议供参考：
（1）深入开展钢管混凝土节点、框架等领域的抗爆性能研究。
（2）更多的研究应基于实际爆炸试验，结合数值模拟、理论分析等方法对比分析数据的可靠性。
（3）钢管混凝土结构抗爆性能的研究还处于初级阶段，理论分析方面主要是基于SDOF法的研究，应对其它相关理论再进行深入研究。
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